Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изучение наружных стен с вентилируемым зазором и определение путей их совершенствования 12
1.1. Конструктивно-технологический анализ наружных стен с вентилируемым зазором 12
1.2. Оценка способов возведения наружных стен с вентилируемым зазором 21
1.3. Пути совершенствования конструктивно-технологических решений наружных стен с вентилируемым зазором 26
1.4. Выводы 32
Глава 2. Конструктивно-технологические решения наружных стен с декоративными железобетонными экранами 35
2.1. Наружные стены с декоративными экранами размерами на конструктивную ячейку здания 35
2.2. Конструкции вентилируемых наружных стен с полосовой разрезкой фасада 43
2.3. Выводы 46
Глава 3. Разработка технологии формования отделочных слоев декоративных экранов 49
3.1. Определение основных технических требований к бетону для железобетонных экранов 49
3.2. Исследование рациональных составов бетона по физико-механическим требованиям 61
3.3.Определение декоративных характеристик отделочных слоев 65
3.4. Выводы 73
Глава 4. Исследование технологии формования железобетонных экранов с декоративными отделочными слоями 75
4.1. Отработка технологии формования железобетонных экранов из тяжелого бетона 75
4.2 . Определение составов и технологии формования экранов из легкого бетона 93
4.3. Разработка технологической схемы производства декоративных железобетонных экранов 97
4.4. Выводы 99
Глава 5. Разработка формовочных линий по изготовлению декоративных железобетонных экранов и технологии возведения наружных стен с их применением 101
5.1. Принципиальные схемы технологических линий изготовления декоративных железобетонных экранов 101
5.2. Способы возведения наружных стен с декоративными железобетонными экранами 116
5.3. Технико-экономическая эффективность изготовления вентилируемых наружных стен с железобетонными декоративными экранами 121
5.4. Выводы 131
Общие выводы 132
Список используемой литературы 134
Приложения 145
- Оценка способов возведения наружных стен с вентилируемым зазором
- Конструкции вентилируемых наружных стен с полосовой разрезкой фасада
- Исследование рациональных составов бетона по физико-механическим требованиям
- Определение составов и технологии формования экранов из легкого бетона
Введение к работе
В последние годы отечественное домостроение претерпевает существенные перемены. Это связано в первую очередь с новыми условиями хозяйствования строительных организаций в условиях рыночной экономики, когда получение дохода связано с освоением новых технологий, позволяющих сокращать затраты на стадии строительства и эксплуатации, и удовлетворять потребности заказчика.
Реализация государственной программы «Доступное жилье» тормозится из-за дороговизны строительных материалов и высокой себестоимости строительных работ. Необходимы разработки, позволяющие значительно снизить материальные и трудовые затраты в массовом строительстве при высоких качественных и эксплуатационных показателях. В связи с этим и с новыми требованиями теплотехнических норм [86] актуально разрабатывать новые конструктивные решения наружных стен, поскольку они имеют значительное удельное значение в строительстве всего здания по стоимости и по трудоемкости возведения.
На сегодняшний день новым теплотехническим нормативам удовлетворяют слоистые конструкции наружных стен с применением эффективного утеплителя расчетный коэффициент теплопроводности которого не превышает 0,09 Вт/(м»К). Исключение составляют однослойные стены из ячеистого бетона, плотность которого не превосходит 600 кг/м , а также стены из полистиролбе- тона [2,25,30,32,64].
Наиболее широкое распространение имеют следующие слоистые конструкции наружных стен:
— фасадные системы с защитно-декоративным экраном, в том числе с вентилируемым воздушным зазором;
— трехслойные железобетонные панели;
— из мелкоштучных материалов с облицовкой кирпичом.
Для поддержания нормального температурно-влажностного режима помещения оптимальным является такое расположение слоев многослойной конструкции, при котором их коэффициенты теплопроводности в наружную сторону снижаются, а коэффициенты паропроницаемости возрастают. Сегодня таким условиям удовлетворяют конструкции наружного утепления зданий с навесным вентилируемым фасадом. В таких системах бытовая влага свободно диффундирует из помещения в вентилируемую прослойку, расположенную между утеплителем и защитным слоем, и удаляется в окружающую среду. За счет этого теплоизоляция остается в состоянии физической сухости и сохраняет долгое время свои характеристики.
Известно около 40 отечественных и зарубежных систем утепления и отделки наружных стен зданий с вентилируемым воздушным зазором. Отличие между системами заключается в различных способах крепления плит утеплителя на несущих конструкциях наружной стены, в материале и геометрии отдельных элементов несущего каркаса, а также в схеме их расположения на поверхности основания, в выборе отделочных материалов и способов их крепления к несущему каркасу. Кроме того, системы отличаются способами решения архитектурного облика фасада, в том числе, по возможности придания зданиям индивидуальной выразительности [66-69,73,76].
Недостатки наружного утепления, заключаются в том, что технологический процесс монтажа отличается повышенной сложностью и трудоемкостью, требуется устройство лесов или подмостей снаружи здания. Работы должны выполняться специалистами, хорошо знакомыми с особенностями различных систем утепления, поскольку только высокий уровень качества работ и точное следование технологии устройства конструкции обеспечит надежность и долговечность такой системы [43]. Стоимость навесных фасадных систем значительна, колеблется в пределах от 1700 до 4200 руб. за 1 м2, что значительно отражается на себестоимости жилья и тем более не приемлема для реализации социальных проектов строительства.
В технологии сборного железобетона применяются трехслойные панели наружных стен с гибкими связями, отвечающие нормативным требованиям теплотехники. В отечественной и зарубежной практике такие панели имеют значительный опыт применения и высокие эксплуатационные показатели. В Финляндии объемы выпуска трехслойных панелей не уменьшаются, а увеличиваются [28,30]. Данное решение позволяет быстро строить здания и является в некоторых случаях наиболее дешевым. В ряду недостатков отмечается высокая трудоемкость изготовления панелей, проблема стыковых соединений панелей (протечки через вертикальные и горизонтальные стыки наружных стен) и не достаточно качественная отделка лицевой поверхности стен. Так же трехслойные панели имеют значительную массу. Уменьшение массы конструкций имеет большое значение, поскольку позволяет, кроме прочих положительных сторон, экономить расход стали несущих конструкций здания. Другая проблема связана с ограничением несущих способностей также стен, поскольку несущие трехслойные панели применяются в зданиях до 12-14 этажей [23,62] .
Бетон является эффективным материалом ограждающей части многослойной конструкции наружных стен как один из наиболее надёжных и долговечных. Многочисленные разработки архитектурного оформления панельных конструкций [21,34,39,40,63,65,70,100], а также внедрение новейших технологий бетона, позволяют говорить о перспективности таких решений, при обеспечении их высоких эксплуатационных и декоративных качеств отделки.
Кирпичные наружные стены с утеплителем имеют наиболее качественный внешний вид (долгое время сохраняют цветовой оттенок, прочностные характеристики и т.д.), но при этом имеют значительную массу, стоимость и трудоемкость изготовления.
В обобщении приведенных данных, можно отметить несовершенство существующих решений наружных стен жилых зданий, а именно: недолговечность, незначительный срок безремонтной службы, высокая трудоемкость изготовления, высокая стоимость, ограниченность в реализации архитекторских решений облика здания и т.д. Исследование и разработка технологии наружных стен, позволяющие решить ряд перечисленных проблем, являются актуальными, тем более с учетом возрастающего спроса на быстровозводимое, качественное и экономически целесообразное жилье. Многие институты строительной отрасли проводили исследования конструктивно-технологических решений наружных стен и продолжают эту работу сегодня. ЦНИИЭП жилища были предложены системы вентилируемых наружных стен с железобетонными экранами.
Обобщение опыта и анализ существующих конструктивно- технологических решений наружных стен обусловили появление технологии, включающей достоинства сборного железобетона и вентилируемых систем наружного утепления зданий [1]. Большой вклад в эти разработки внесли B.C. Беляев, М.Ю. Граник, Ю.Г. Граник, B.C. Зырянов, Э.И. Киреева, С. В. Николаев, Б.В. Сендеров, Г.А. Ставровский и др.
В таких конструкциях в качестве защитного слоя выступает железобетонный экран, далее идет воздушный зазор, утеплитель и кладка из мелкоразмерных ячеистобетонных блоков или кирпича. Железобетонные экраны имеют высоту, равную высоте этажа, так как конструктивно связаны с перекрытиями. После окончания монтажа железобетонного экрана приступают к устройству утепляющего и внутреннего слоев, выполняя эти работы из внутренних помещений здания, что исключает необходимость применения наружных лесов и подмостей. Решение наружных стен с применением железобетонных экранов перспективно, оно позволяет сократить трудозатраты и продолжительность монтажа слоистых наружных стен; применить архитектурные накладные детали, увеличивающие возможности отделки фасадов; снизить стоимость наружных стен за счет применения более дешевых материалов и исключения дорогостоящих крепежных подсистем. По сравнению с крупнопанельными наружными стенами в данном варианте исключается проблема стыковых соединений.
Однако ряд важных вопросов и, в первую очередь изготовление высококачественных, разнообразных по отделке и архитектурному оформлению железобетонных экранов, не были рассмотрены. В связи с вышеизложенным, разработка технологии изготовления наружных стен с применением декоративных железобетонных экранов, имеющих при заданной прочности высокие архитектурные и эксплуатационные характеристики, а так же достаточную долговечность является актуальной задачей. Эти вопросы стали основой темы диссертационной работы.
Цель диссертационной работы состоит в исследовании и разработке заводской технологии изготовления декоративных железобетонных экранов и технологии возведения вентилируемых наружных стен, что обеспечит достижение их высоких декоративных и эксплуатационных характеристик.
Автором была выдвинута рабочая гипотеза: для достижения требуемого качества декоративных железобетонных экранов необходимо применять модифицированные мелкозернистые и обычные бетоны, позволяющие осуществлять безвибрационное формование из высокоподвижных смесей для получения бездефектных лицевых поверхностей экранов, в том числе рельефных, .с высокими эксплуатационными характеристиками.
Возможность реализации этой идеи основана на исследованиях в области модифицированных бетонов таких ученых, как В.Г. Батраков, С.С. Каприелов, Б.А. Крылов, A.B. Шейнфельд и др.
В соответствии с целью работы определены следующие задачи:
1. Обобщение опыта, анализ конструктивно-технологических решений вентилируемых наружных стен жилых и общественных зданий с целью определения рациональных путей развития данных конструкций, обеспечивающих их высокую технологичность.
2. Изучение необходимых технологических характеристик и подбор рациональных составов модифицированных мелкозернистых и обычных бетонов для изготовления слоев декоративных экранов.
3. Определение параметров формования железобетонных экранов из модифицированных бетонов, обеспечивающих получение высококачественных изделий.
4. Разработка принципиальных решений технологических линий изготовления декоративных железобетонных экранов.
5. Разработка технологии возведения наружных стен с применением декоративных железобетонных экранов.
6. Технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии.
Общая методика работы включала информационно-аналитическую,
расчетно-теоретическую и лабораторно-производственную части с использованием методов планирования эксперимента. В отдельных исследованиях использовались частные методики, изложенные в соответствующих разделах диссертации.
Достоверность результатов исследований подтверждена сходимостью теоретических положений и экспериментальных данных, применением различных методов инструментального определения экспериментальных данных, а также близким совпадением данных лабораторных и производственных экспериментов.
Научная новизна работы:
1. Впервые сформулированы и обоснованы научные положения по заводской безвибрационной технологии изготовления декоративных железобетонных экранов с применением высокоподвижных самоуплотняющихся бетонных смесей.
2. Экспериментально подтверждена возможность применения самоуплотняющихся бетонов на легком заполнителе для изготовления железобетонных экранов.
3. Научно обоснован технологический принцип управления структурой и свойствами составов самоуплотняющихся тяжелых, легких и мелкозернистых модифицированных бетонов для изготовления экранов.
4. Определены технологические параметры безвибрационного формования железобетонных экранов, обеспечивающие их высокие декоративные, конструктивные и эксплуатационные характеристики.
5. Разработана технология возведения наружных стен с применением декоративных железобетонных экранов. Обоснована технико-экономическая целесообразность внедрения вентилируемых наружных стен с декоративными железобетонными экранами в жилищное строительство.
Эти положения выносятся на защиту.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Разработана безвибрационная технология заводского изготовления декоративных железобетонных экранов, позволяющая при низких трудозатратах получать высококачественные изделия.
2. Предлагаемая технология возведения наружных стен обеспечивает сокращение трудозатрат и продолжительности монтажа слоистых наружных стен, повышает возможности архитектурного оформления фасадов, в том числе за счет применения архитектурных накладных деталей, снижение стоимости наружных стен за счет исключения дорогостоящих крепежных подсистем и материалов, повышение долговечности и огнестойкости конструкций наружных стен.
3. Разработаны технические решения вентилируемых наружных стен с применением декоративных железобетонных экранов, позволяющие проектировать жилые и общественные здания с разнообразным цветовым оформлением фасадов.
Внедрение результатов работы включает:
Экспериментальное производство декоративных железобетонных экранов на базе предприятия «ООО СТРОЙИНВЕСТ и К», г. Абакан, Республика Хакасия.
Включение разработок в учебный процесс Хакасского технического института - филиала Сибирского федерального университета — при проведении семинаров со студентами и представителями строительных предприятий Хакасии, а также в дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации изложены автором в докладах, выступлениях и материалах ряда республиканских и международных научно-технических конференций, в том числе на региональных научно-практических конференциях «Интеллектуальные ресурсы ХТИ - филиала СФУ» - Хакасия, 2006 г., 2007 г.; 63-ей и 64-ой научно-технических конференциях НГАСУ (СИБСТРИН), 2006 г. ,2007 г; IX Международной научно- практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», Пенза, 2008.
Публикации. Опубликованы 22 печатные работы, из них 9 по теме диссертации, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы. Общий объем работы 156 страниц, включая 133 страницы машинописного текста, 47 рисунков, 25 таблиц, 101 наименования списка литературы.
Оценка способов возведения наружных стен с вентилируемым зазором
Как и любая конструкция, состоящая из большого количества разноплановых элементов - вентилируемая фасадная система имеет сложную технологию устройства. На сегодняшний день существующие способы создания вентилируемой прослойки в наружных стенах можно разделить на две группы: стены с металлической подконструкцией, с мелкими и средними по размеру облицовочными материалами (навесные фасадные системы) см п.1.1; S стены без металлической подконструкции (трехслойные стены из мелкоштучных материалов со связями - фиксаторами; стены с применением железобетонных экранов).
Последовательность проведения работ по устройству навесных фасадных систем выглядит следующим образом: на наружной поверхности стены с шагом, соответствующим размеру утеплителя (или на 5 мм меньше), монтируют металлические направляющие со специальными кронштейнами, между которыми укладывают теплоизоляционный материал. Плиты утеплителя (из базальтового волокна или стекловаты) прикрепляют к стене дюбелями. Затем устанавливают ветрозащитный паропроницаемый материал. В случае использования утепляющих плит, покрытых стеклохолстом, или плит из минеральной ваты высокой плотности, ветрозащитный материал не применяют. На рейки или кронштейны монтируется отделочный материал (экран): цементные плитки различных цветов и фактуры, цементнофибролитовые плитки, облицовочные листы или панели, сайдинг, гранитные или мраморные плитки, профилированные листы и т. д. Между утеплителем и облицовкой обязательно предусматривают вентилируемую воздушную прослойку толщиной не менее 60 мм и не более 150 мм. [66-69] Зазор между экраном и слоем утеплителя необходим для эффективного удаления влаги и паров, мигрирующих из помещения через наружную стену на улицу.
На сегодняшний день работы по монтажу навесных фасадных систем выполняют множество организаций. При грамотной и профессиональной организации одна бригада монтажников, состоящая из двух человек может смонтиро л вать до 5 м фасада в день. Но эта цифра может изменяться в зависимости от сложности ограждения и от климатических условий. Трехслойные наружные стены с воздушными прослойками выполняют с различными конструкционными материалами: кирпич, различные виды бетона и железобетона и т. д.[41] (рис. 1.6, 1.7). Рис. 1.6. Конструктивное решение кирпичных вентилируемых наружных стен 1 - утеплитель; 2 - воздушная прослойка; 3 - кирпич, положенный на ребро для вентиляции воздушной прослойки Рис. 1.7. Конструктивное решение легкобетонных вентилируемых наружных стен 1 - блоки из керамзитобетона или ячеистого бетона; 2 - утеплитель; 3 - воздушная прослойка; 4 - ОРС мембрана, гидроизол, гидростеклоизол, бикроэ- ласт или др. гидроизоляционный материал; 5 - заполненный раствором шов; 6 - ограничительная рейка; 7 - вертикальный шов, не заполненный раствором
Устройство такой стены ведется по технологии «колодцевой кладки» за несколькими исключением: сначала возводится внутренняя несущая стена здания из кирпича или стеновых блоков (бетонных или керамзитобетонных) и используются различные (в основном гибкие) связи с фиксаторами, которые предназначены для того, чтобы связать слои стеновой кладки между собой и удержать плиту утеплителя для создания воздушной прослойки между облицовочным слоем и утеплителем.
Существующие ранее конструктивные решения наружных стен с вентилируемым зазором и применением железобетонных изделий не нашли широкого применения из-за сложности и трудоемкости их изготовления. Вариантные решения таких наружных стен продолжают разрабатываться в сфере научного строительства, не исключение проектные работы ЦНИИЭП жилых и общественных зданий. В этой связи были созданы технические решения по устройству слоистых наружных стен с крупноразмерными железобетонными экранами (рис. 1.8). Проект имеет достоинства сборного железобетона и вентилируемых систем наружного утепления зданий. [1]
Особенность конструктивно-технологического решения таких стен в том что нет необходимости устройства сложных систем подконструкции для надежного закрепления облицовочно-защитного слоя. В таких конструкциях в качестве защитного слоя выступает железобетонный экран. Он монтируется краном и закрепляется на консольные выступы плиты перекрытия, образуя между его внутренней поверхностью и следующим слоем воздушный зазор, который обеспечивает вентиляцию и удаление влаги из конструктива стены. Оставшаяся часть стены (слои 1,2,3 на рисунке 1.8) монтируется внутри помещения.
В данном решении сохраняются все основные достоинства вентилируемых фасадов, наружные стены остаются в сухом состоянии круглый год и сохраняют высокие теплозащитные качества, т.к. водяные пары свободно диффундируют из помещения наружу.
Кроме того, данное решение наружных стен с вентилируемым зазором и применением железобетонных экранов имеет много дополнительных достоинств, не имеющихся у навесных фасадных систем. Как сказано выше, все операции по монтажу наружных стен (кроме установки экрана) выполняются из внутренних помещений строящегося здания, что позволяет выполнять работы в любое время года без устройства лесов снаружи строения. Отделка железобетонного экрана возможна как на строительной площадке, так и в заводских условиях.
Трудоемкость при возведении железобетонных экранов составит не более двух часов на монтаж одной конструкции при участии башенного крана. Составив таблицу сравнения навесных вентилируемых фасадов по ряду монтажных параметров, можно сделать вывод о том что декоративные железобетонные экраны выигрывают у навесных вентилируемых фасадов по скорости возведения, затратам на монтаж и применению оборудования (табл.1.1).
Конструкции вентилируемых наружных стен с полосовой разрезкой фасада
Кроме декоративных железобетонных экранов размерами на конструктивную ячейку здания возможно изготовление и применение экранов для фасадов с полосовой разрезкой. Такое решение позволяет членить фасад здания, достигая при этом определенный архитектурный эффект. Конструктивная ячейка здания в этом случае состоит из нескольких экранов, окружающих проемы здания. Между экранами имеется деформационный зазор в 20 мм для вентиляции и погашения температурных колебаний фасада.
Экраны для фасадов с полосовой разрезкой применяются с конструктивными шагами 3,6 и 4,5 м, это позволяет достичь разнообразия в планировании этажа и в архитектурной форме фасада .
На сегодняшний день разработаны унифицированные размеры экранов (рис.2.7), допускаются и другие варианты размеров. Гибкая унификация позво ляет упростить изготовление, добиться больших объемов и качества производства. В виду небольших размеров экраны с полосовой разрезкой легко перевозить, складировать и поднимать краном. Однако несколько снижается при этом время монтажа экранов за счет большего количества узлов крепления в отличие от выше рассматриваемых крупноразмерных декоративных железобетонных экранов. Кроме этого, экраны с полосовой разрезкой не могут выполнять функции поэтажно-несущих конструкций.
Крепление экранов при полосовой разрезке фасада несколько отличается от рассмотренных ранее узлов соединения их с перекрытием.
Кроме перечисленных выше других различий между экранами крупногабаритными (размерами на конструктивную ячейку здания) и средними (с полосовой разрезкой) нет. Они полностью удовлетворяют идее наружных стен с декоративными железобетонными экранами.
Как отмечалось ранее, решение фасада с полосовой разрезкой имеет большее количество узлов сопряжения экранов с перекрытием, но при этом достигается определенный архитектурный эффект. Также можно отметить, что производство более мелких, по сравнению с крупногабаритными, экранов проще по изготовлению форм, распалубке изделий и т.д.
Экраны декоративные железобетонные могут применяться как в каркасных зданиях, так и в зданиях с неполным каркасом. Материалом основного каркаса может служить сборный и монолитный бетон, размер ячеек при этом должен соответствовать длине экрана. В результате внутреннее пространство свободно от несущих стен, следовательно, возможно проектировать квартиры индивидуальной планировки с применением внутренних перегородок. Кроме этого возможно изготовление железобетонных экранов различных цветов и фактурных поверхностей, что дает архитектору возможность привносить разнообразие в монотонный ансамбль города.
Можно выделить основные преимущества перед другими навесными и прочими ограждающими конструкциями: использование сборного железобетона значительно упрощает строительство, сокращает его сроки, приближая скорость строительства к возведению панельных домов, и как следствие, сокращение стоимости строительства; о отсутствует необходимость возведения строительных лесов в отличие от навесных фасадов; не требуются высококвалифицированные специалисты для монтажа экрана, в отличие от навесных вентилируемых фасадов, где требуются специалисты с большим опытом и стажем; возможность замены вышедших из строя или потерявших внешний вид экранов при помощи кранов; такой дом будет обладать значительно меньшим весом, чем, предположим, кирпичный, как следствие - фундаменты, стоимость устройства которых значительна в стоимости всего строительства, также будут обладать меньшей массивностью, а значит и стоимостью; низкие расходы при эксплуатации.
Еще одно достоинство декоративных железобетонных экранов - долгий срок службы. Срок службы декоративных экранов практически такой же, как и железобетонного каркаса. Единственным условием является лишь профилактический осмотр. А у навесных вентилируемых фасадов при соблюдении правил установки, точном расчете монтажа элементов и правильной укладке утеплителя фасад прослужит около 25-40 лет. Как видим, разница составляет 2-4 раза.
Вышесказанное имеет место при осуществлении технологии заводской отделки экранов, позволяющей создавать изделия долговечные как по физико- механическим, так и декоративным качествам. Кроме этого стоит отметить отсутствие технологических разработок по монтажу данных стен. Технология заводской отделки рассматриваемых экранов является объектом дальнейших исследований в главе 3, технология монтажа разработанных вентилируемых наружных стен рассмотрена в главе 5. Для исследований необходимо проанализировать требования к экранам со стороны конструктивно-технологического решения.
В настоящее время поверхности железобетонных изделий можно отделывать на строительной площадке с использованием облицовочных материалов или применять изделия с заводской декоративной отделкой. Как отмечено выше, для экрана выбрана отделка наружной поверхности слоем отделочного бетона при заводском формовании. Выбор сделан на основе анализа существующих способов отделки железобетонных конструкций.
Исследование рациональных составов бетона по физико-механическим требованиям
Следующим этапом, после определения подвижности, были проведены эксперименты по определению прочности двухслойных образцов, для оценки совместной работы слоев экрана под воздействием сжимающей нагрузки.
Для проведения экспериментальных исследований использовали следующие исходные материалы: портландцемент белый марки 500 ДО по ГОСТ 965-89 производства ООО «Унистрон-трейдинг» г. Жуковский (для отделочного слоя); портландцемент Топкинского завода марки 400 по ГОСТ 10178-85 (для основного слоя); светлый речной песок, мытый, средний ,1 класс с модулем крупности Мкр=2,2, по ГОСТ 8736-93 (для отделочного слоя); природный песок, средний ,1 класс с модулем крупности Мкр=2 по ГОСТ 8736-93 (для основного слоя); щебень из плотных пород Ташебинского месторождения фракции 5- 10 мм по ГОСТ 8257-93 (для основного слоя); вода по ГОСТ 23732; добавка суперпластификатор С-3, в виде водного раствора 10 % концентрации; микрокремнезем МКУ-85 производства ОАО «Кузнецкие ферросплавы» по ТУ 5743048-02495332-96.
Двухслойные образцы изготавливались в форме куба с размером ребра 10 см. На дно металлических форм сначала укладывалось 2 см мелкозернистой бетонной смеси, разработанной для отделочного слоя. Сверху укладывалась бетонная смесь основного слоя экрана. Дополнительно были изготовлены две группы однослойных образцов из бетонов для разных слоев экранов. По истечении 28 суток были проведены испытания на прочность по ГОСТ 10180-90, причем двухслойные образцы устанавливались на пресс так, чтобы линия соединения слоев была вертикальной.
При испытании отслаивания слоев не наблюдалось, что говорит об их надежном соединении (рис.3.6). Согласно полученным результатам прочность двухслойных образцов составляла около 30 МПа, что соответствует прочности образцов, изготовленных из бетона для основного слоя. При расходе компонентов на 1 м3: цемент - 400 кг, песок - 1700 кг, микрокремнезем - 45 кг, вода- 180 л, водного 10% раствора С-3 48 л прочность образцов отделочного бетона равна 18-20 МПа.
В соответствии с этим, в дальнейшем были продолжены исследования по подбору состава модифицированного самоуплотняющегося бетона для основного слоя экрана, удовлетворяющего требованиям подвижности бетонной смеси (ОК=21-27 см) и диапазона прочности: 15 МПа - для навесных экранов, до 40МПа - для поэтажно-несущих. Для получения этих показателей варьировалось количество цемента и комплексное содержание добавок МКУ-85 и С-3. Количество микрокремнезема и суперпластификатора в составе бетона взаимосвязано. При расходе МКУ-85 10 % от массы цемента, С-3 добавляется в количестве 1% от массы цемента, при МКУ-85 12%, С-3 - 1,2%.
После получения бетона, отвечающего требованиям прочности, проведена проверка состава на морозостойкость. Испытания проводились по стандартной методике согласно ГОСТ 10060-2-95. Проведенные исследования показали, что прочность на сжатие бетона после 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания понизилась на 1%, что соответствует требованиям, допускающим потерю прочности бетона до 5% от первоначальной.
После получения требуемых показателей по прочности и морозостойкости необходимо провести исследования по возможности получения разнообразных цветовых оттенков отделочных слоев декоративного железобетонного экрана и проверить полученные образцы на устойчивость к условиям естественной эксплуатации.
Исследование цветовых характеристик проводим с целью определения влияния микрокремнезема, который имеет темную серо-перламутровую окраску, на цвет изделий, изготовленных из разработанных составов бетонов, включающих до 12 % МКУ-85. Для эксперимента были изготовлены две группы круглых образцов диаметром 30 см. В составы обоих групп входили в равных количествах: белый цемент 500 ДО по ГОСТ 965-89 производства ООО «Унис- трон-трейдинг» г. Жуковский; светлый морской песок; 10 % водный раствор суперпластификатора С-3; вода. Единственное отличие — в первую группу образцов было добавлено 12 % микрокремнезема (максимально необходимое в разработанных составах бетонов количество добавки).
Задача следующего этапа исследований цветовых характеристик — оценить цветовые характеристики изделий из модифицированного мелкозернистого бетона, включающего разное количество пигментной добавки и 12% микрокремнезема, в сравнении с такими же изделиями, но изготовленными без МК.
В состав бетона входили: белый цемент, светлый речной песок, 10 % водный раствор суперпластификатора С-3, вода, пигменты марок Б190 (красный) и Б565 (зеленый). Красные и зеленые цвета были выбраны в связи с тем, что они хуже других колеров обеспечивают равномерный устойчивый цвет. Пигментная добавка вводилась в бетон в разном количестве (1, 2, 4 % от объема цемента). Таким образом, были получены группы образцов красного и зеленого цветов (от светлого до более насыщенного тонов), причем в каждой группе изготавливался образец с МК и такой же без него. Готовые образцы (рис.3.9) были визуально сравнены между собой. В результате было установлено, что образцы с применением МК, белого портландцемента и пигментов не имеют визуальных отличий от образцов с применением только белого цемента. Таким образом доказана возможность применения модифицированных бетонов с микрокремнеземом для производства декоративных железобетонных экранов различных цветов от совсем светлых оттенков до более темных насыщенных тонов.
Необходимо отметить - от качества пигмента в значительной степени зависит качество отделочного бетона. При низкой окрашиваемой способности пигмента требуется увеличение его количества в составе бетона, что после определенного предела повлияет на его физико-механические свойства.
Определение составов и технологии формования экранов из легкого бетона
Для исследования возможности формования декоративных железобетонных экранов без применения стеклопластиковой сетки была проведена серия экспериментов по изготовлению основного слоя экрана из легкого бетона. Методика заключалась в подборе состава модифицированного керамзитобетона и проверке условий укладки его на отделочный слой экрана без применения сетки.
Для проведения экспериментальных исследований использовали следующие материалы: портландцемент Топкинского завода М400 по ГОСТ 10178-85; микрокремнезем конденсированный МКУ-85, производства ОАО «Кузнецкие ферросплавы» по ТУ 5743-048-02495332-96; суперпластификатор С-3 (в водном 10% растворе); керамзит фракции 0-5 мм с прочностью М150 и насыпной плотностью 0,6 кг/дм3 производства ООО «Керамзит» г. Абакан по ГОСТ 9757-90; природный песок, средний ,1 класс с модулем крупности Мкр=2,2, по ГОСТ 8736-93 , вода по ГОСТ 23732.
Исходя из заданной плотности, прочности бетона и свойств сырьевых материалов, расчетно-экспериментальным путем определили состав легкого бетона. Затем расчетное количество воды уменьшали до В/Ц 0,4 — 0,5 , а количество С-3 увеличивали до достижения требуемой подвижности. Далее изготавливали серии опытных образцов с различным расходом цемента, керамзита и песка, их испытывали на прочность при сжатии по ГОСТ 10180-90. Как и в случае тяжелого самоуплотняющегося бетона — микрокремнезем добавлялся в количестве 8 — 12 % и С-3 - в количестве 1 - 1,2 % от массы цемента (в сухом состоянии).
Так как нижний отделочный слой — это самоуплотняющийся бетон подвижной консистенции П5 (ОК=22 - 27 см), легкий бетон для основного слоя разрабатывался так же подвижностью П5.
Приготовление опытных замесов начинали с перемешивания сухих материалов: керамзита, песка, цемента, микрокремнезема, а затем добавляли в замес назначенное по расчету количество воды и водного раствора С — 3. При изготовлении состава необходимо достичь равномерного распределения составляющих. Так как разрабатываемая бетонная смесь самоуплотняющаяся, это да ет ещё один положительный момент — исключается поднятие гранул керамзита вверх от вибрационного воздействия.
После формования изделия не подвергаются тепловлажностной обработке. Высыхание должно проходить при комнатной температуре 20 — 22С и влажностью 60 %. Через 1 сутки образцы распалубились.
После предварительных экспериментов автором решалась задача - максимально уменьшить плотность бетона, обеспечивая необходимую прочность. В нашем случае прочность материала зависит от количества цемента и микрокремнезема, а плотность от количества керамзита. Согласно литературному анализу и экспериментальному исследованию для выше поставленной задачи рентабельно варьирование количества микрокремнезема и керамзита.
Установлено, что при расходе вяжущего: цемента 360 кг/м3 и МКУ-85 28 кг/м возможно получение бетона с плотностью 1600 кг/м и прочностью на сжатие до 15,75 МПа (в возрасте 28 суток). При варьировании расхода микрокремнезема от 8 - 15 % (от массы цемента), керамзита от 500 - 570 л и при расходе цемента 360-450 кг/м3 - плотность бетона изменяется в пределах 1550 - 1800 кг/м3, а прочность 15-38 МПа.
Далее необходимо экспериментально проверить целосность отделочного слоя при укладке керамзитобетона в форму, по методике таких же предыдущих исследований с тяжелым бетоном. В результате установлено, что при укладке керамзитобетона на отделочный слой без применения стеклопластиковой сетки с высоты 60 см, глубина его проникновения составляет не более 0,4 см, это подтверждает возможность формования экранов с применением легкого бетона без стеклопластиковой сетки.
На основе выполненного комплекса научно-исследовательских разработок автора разработана технологическая схема производства декоративных железобетонных экранов. Технологическая схема по отдельным операциям представлена на рис.4.10. В рекомендуемой схеме отмечены основные технологические принципы последовательности операций. Для получения должного результата все этапы должны идти согласно им. Заранее необходимо подготовить: водный раствор С-3, арматурный каркас изделия, Рис.4ЛО.Схема производства декоративных железобетонных экранов стеклопластиковую сетку. Форма для изготовления железобетонного экрана должна быть отчищена от всех видов загрязнений, смазана, приведена в рабочее положение. На первом этапе идет приготовление бетонной смеси отделочного слоя. Одновременно или с небольшим опозданием (максимально 15 минут) готовится бетонная смесь для основного слоя. После приготовления бетонная смесь отделочного слоя транспортируется в формовочный цех и укладывается в форму. Затем укладывается стеклопластиковая сетка, устанавливается и фиксируется арматурный каркас. Далее транспортируется подготовленная бетонная смесь основного слоя и укладывается в форму, при необходимости разравнивается рейками. На данном этапе формование заканчивается. Форма перемещается на участок ТВО либо в место набора прочности в естественных условиях. После набора распалубочной прочности проводят снятие изделия из формы, экран перевозят на склад готовой продукции. Формы осматривают на наличие дефектов, отчищают и отправляют в формовочный цех. Схема разработана для производства экранов из тяжелого бетона. При применении в качестве основного слоя легкого бетона, в схеме заполнитель щебень заменяется керамзитом, а также отсутствует этап укладки стеклопластиковой сетки. Что позволяет проводить укладку бетонной смеси отделочного слоя, учитывая его высокую подвижность (ОК=21- 27 см), после установки арматурного каркаса в форму.
