Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса и постановка цели и задач исследований 7
1.1. Магнезиальное вяжущее: свойства и особенности твердения 7
1.2. Требования к полам. Конструктивные и технологические особенности устройства монолитных полов 11
1.3. Приготовление магнезиальной смесив передвижном смесителе циклического типа 20
1 .4. Использование растворосмссительного насоса для приготовления и транспортирования магнезиальной растворной смеси 24
1.5. Производство работ при отрицательных и знакопеременных температурах наружного воздуха 30
1.6. Цель и задачи исследования 37
2. Исследование свойств магнезиальных растворов для устройства полов 38
2.1. Материалы для исследований 38
2.2. Методы исследований 39
2.3. Исследование прочностных характеристик магнезиального раствора
2.4. Исследование истираемости магнезиального раствора 53
2.5. Исследование усадочных деформаций магнезиального
раствора 57
2.6. Выводы к главе 2 62
3. Исследование влияния отрицательной температуры выдерживания на свойства магнезиального раствора 64
3.1. Цели и методика проведения исследований 64
3.2. Полученные результаты 67
3.3. Выводы к главе 3 80
4. Определение технологических параметров оборудования для приготовления и транспортирования магнезиального раствора 82
4.1. Приготовление магнезиальной растворной смеси в передвижном смесителе 82
4.2. Исследование влияния состава магнезиальной растворной смеси на основные параметры растворосмесительного насоса 97
4.3. Выводы к главе 4 107
5. Технологический регламент на устройство магнезиального пола при различных температурах. технико-экономические показатели и опыт применения 109
5.1. Технологический регламент 109
5.2. Технико-экономические показатели. Опыт применения 126
Основные выводы 132
Список использованных источников 134
- Требования к полам. Конструктивные и технологические особенности устройства монолитных полов
- Исследование прочностных характеристик магнезиального раствора
- Исследование влияния состава магнезиальной растворной смеси на основные параметры растворосмесительного насоса
- Технико-экономические показатели. Опыт применения
Введение к работе
Актуальность:
Развитие строительного производства тесно связано с внедрением новых технологий, позволяющих сократить трудозатраты, продолжительность процессов, потребление различного вида ресурсов, а также обеспечить безопасность и надежность зданий и сооружений.
В технологии отделочных работ одними из самых сложных и трудоемких являются работы по устройству пола. Как показывает практика, широко применяемые в настоящее время монолитные полы на традиционных вяжущих не отвечают повышающимся требованиям технологичности, экологической безопасности, качества и долговечности.
Одним из путей повышения эффективности технологии устройства монолитного пола и повышения его эксплуатационных характеристик является применение раствора на магнезиальном вяжущем, которое обладает высокой прочностью на сжатие и растяжение, быстрым темпом твердения, износостойкостью, негорючестью, экологической безопасностью, экономичностью. Однако до настоящего времени свойства магнезиального раствора, а также технологические параметры оборудования для его приготовления и транспортирования остаются неизученными.
Учитывая климатические особенности России, а также особенности строительного производства, когда работы по устройству монолитного пола ведутся в неотапливаемых помещениях при отрицательных температурах наружного воздуха, актуальным становиться вопрос о разработке технологии устройства монолитных полов на основе магнезиального раствора в различных температурных условиях с применением современных средств механизации.
Объектом исследования является технология устройства монолитного пола при различных температурах.
Предметом исследования являются свойства магнезиального раствора, технологические параметры смесительного и транспортного оборудования, па рамстры технологии производства работ при различных температурах, технологии устройства монолитного пола. Научная новизна работы:
- разработаны составы магнезиального раствора с оптимальными технологическими характеристиками;
- определены зависимости прочности, темпа твердения, водостойкости, истираемости и усадки магнезиального раствора от его состава;
- получены зависимости влияния отрицательной температуры выдерживания раствора на его прочность, темп твердения, водостойкость и усадку;
- объяснен механизм влияния отрицательной температуры выдерживания на структуру и свойства магнезиального раствора;
- установлено влияние продолжительности перемешивания в растворосмеси-теле на прочностные характеристики магнезиального раствора;
- получены математические зависимости основных параметров растворосме-сителыюго насоса от подвижности магнезиальной растворной смеси. Практическую значимость составляют:
- методика расчета основных параметров технологического оборудования в зависимости от состава применяемого магнезиального раствора и требуемой прочности и истираемости монолитного пола;
- технологический регламент на устройство монолитного пола на магнезиальном вяжущем в различных температурных условиях.
Внедрение результатов
Разработанная технология применена специализированной строительной фирмой ООО «Магнезиальные бетоны» при устройстве магнезиальных полов в гражданских и промышленных зданиях в г. Челябинске, г. Москве и Московской области.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях в Южно-Уральском государственном университете в 2002...2005 гг. в г. Челябинске, а также на восьмых и девятых академических чтениях Уральского отделения РААСН проходившим в г. Екатеринбурге в 2003...2004 гг.
Достоверность полученных экспериментальных данных, аналитических выражений и зависимостей, разработанных расчетных алгоритмов и выводов подтверждается достаточным количеством проведенных экспериментов, использованием поверенного и аттестованного оборудования и стандартных методик, адекватным выбором математических моделей, применением современных методов математической обработки результатов исследований. і
Публикации
Основное содержание работы изложено в 5 статьях.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Работа содержит 145 страниц текста, в том числе 27 таблиц, 57 рисунков, 144 наименований списка использованных источников.
Требования к полам. Конструктивные и технологические особенности устройства монолитных полов
Пол занимает особое место среди конструктивных элементов здания. Он, являясь ограждающей конструкцией, воспринимает и передает различные виды нагрузок от людей, мебели, оборудования, машин и механизмов, расположенных и передвигающихся внутри зданий и сооружений на перекрытие или непосредственно на грунт. Таким образом, пол воспринимает па себя всю полезную нагрузку, поэтому работы по устройству пола являются ответственными и наиболее трудоемкими при отделочных работах.
Для определения эффективного и экономически целесообразного решения конструкции пола а также материала, из которого он будет выполнен, необходимо рассмотреть условия работы полов и требования, предъявляемые к ним.
Пол - это ограждающая часть здания, которая представляет из себя, в общем случае, многослойную конструкцию, состоящую из покрытия, стяжки, гидроизоляционного, пароизоляционного, теплоизоляционного и звукоизоля ционного слоев, выполняющих каждый свою функцию, и подвергается различным воздействиям - механическим, температурным, жидкостным. В этих условиях пол должен обеспечивать нормальную его эксплуатацию без разрушений, а также создавать благоприятные санитарно-гигиенические условия [16].
Исходя из условий работы полов к ним предъявляется ряд требований [98, 109]: - общетехпические требования: пол должен обладать соответствующей прочностью и износостойкостью, чтобы оказывать сопротивление усилиям растяжения, сжатия и изгиба, ударам и истиранию; - производственные требования: пол должен противостоять физическим и химическим воздействиям (воды, высоких температур, масел, кислот и т.п.) быть гладким, но не скользким и обеспечивать возможность безопасного и удобного передвижения людей и транспортных средств, оказывая наименьшее сопротивление движению; - санитарно-гигиенические требования: пол не должен в процессе эксплуатации оказывать вредного влияния на здоровье людей, т.е. не выделять пыли, газов, запахов, а также» при необходимости, обеспечивать комфортные теплотехнические условия; - эксплуатационные требования: пол должен допускать возможность быстрого и удобного ремонта и поддаваться легкой и быстрой очистке. Выполнение этих требований обеспечивается правильным решением зада-чи выбора технологии пола, состоящей из трех тесно взаимосвязанных ключевых вопросов: - выбор материала пола; - выбор конструкции пола; - выбор методов производства работ.
Классифицируя различные виды полов по конструктивному признаку можно выделит три основные технологии устройства пола [93, 94, 99, і 11, 137]: 1) Технология монолитного пола (бетон или раствор на различного вида вяжущих и заполнителях, сталефибробетон, полимерные составы и т.д.). 2) Технология сборного пола, выполненного из штучных элементов (паркет, поливинилхлоридные плитки, керамические плитки, брусчатка, керамические плитки, бетонные плитьт и т.д.), 3) Технология сборного пол из листовых и рулонных материалов (ДСП, ДВП, ГКЛ, ГВЛ, линолеум, ковролин и т.д.). Среди вышеперечисленных видов пола наиболее технологичным является монолитный пол, так как обладает рядом преимуществ [16, 61, 92, 119]: - возможностью максимально механизировать процесс устройства пола, что сокращает трудозатраты, сроки выполнения работ, а также уменьшает необходимое количество рабочих, занятых на этом процессе; - минимальным количеством стыков (швов), что позволяет снизить воздействие ударных нагрузок, возникающих при перемещении грузов, интенсивном движении людей и транспорта, и обеспечивает его долговечность; - бесшовностью, что позволяет снизить травмоопасность (нет препятствий для ноги человека) и обеспечить беспрепятственное качение колес транспортных средств, волочение по полу различных грузов; - гигиеничностью, за счет отсутствия стыков, как мест накопления грязи, вредных веществ и размножения бактерий; - гибкостью проектных и технологических решений.
Технологию устройства монолитного пола можно разделить на несколько последовательно выполняемых этапов [55, 57, 71, 105]: подготовка объекта - заготовка материалов, подготовка машин, оборудования и инструментов, подготовка основания к укладке пола; приготовление смеси — осуществляется как на специализированных заводах, так и на месте строительства; геодезические работы — вертикальная и горизонтальная съемка, вынос отметки чистого пола, разделение фронта работ на захватки; установка маяков, маячных реек.
Исследование прочностных характеристик магнезиального раствора
Эти характеристики обеспечиваются не только за счет свойств магнезиального вяжущего, но и правильным подбором оптимального соотношения цемента и заполнителя в составе раствора, обеспечивающего максимальное ішюл-пение межзернового пространства и покрытие каждой частицы -шгошител&г связывающей цементной пленкой.
Выбор мароки раствора по подвижности, а также подбор гранулометрического состава песка обусловлен применением применением современных средств механизации строительного производства, и в частности различных моделей растворных станций и растворонасосов, а также использования магнезиального раствора для технологии «наливных» полов,
С целью получения математических моделей изучаемых технологических процессов и их статистического анализа использовалось математическое планирование эксперимента, включающее выбор и обоснование плана эксперимента, проведение опытов по выбранному плану с необходимым количеством повторов, математическую обработку результатов экспериментов с целью получения регрессионных зависимостей и их анализа.
В ходе эксперимента контролировались (послужили откликами) следующие технологические характеристики: прочность раствора на сжатие в возрасте Ісутки, 3 суток, 7 суток, 28, 90, 180 суток; скорость набора прочности; водостойкость магнезиального раствора.
Наибольшее влияние на прочностные характеристики оказывает доля содержания магнезиального цемента в растворе, что отражает цементно-песчаное отношение. Чем выше содержание вяжущего, тем выше прочность. Плотность затворителя, в отличие от цементыо-песчаппого отношения, не оказывает такого однозначного влияния на прочность: при высоком содержании магнезиального цемента в смеси (Ц:П=1:1? 1:2) наблюдается прямая зависимость нарастания прочности от увеличения плотности затворителя, а при снижении доли содержания магнезиального цемента в растворной смеси, плотность затворителя не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на прочность. Это свойство можно связать с оптимальным соотношением магнезита и хлористого магния в системе магнезиального цемента.
При исследовании водостойкости магнезиального раствора выяснилось, что в целом она ниже, чем водостойкость магнезиального бетона, и находится в пределах Кв= 0,5..,0,75 (против 0,8..0,95 у магнезиального бетона, при одинаковом процентном содержании модифицирующих добавок в магнезиальном цементе), С повышением плотности затворителя повышается водостойкость магнезиального раствора. При плотности раствора хлористого магния 1,15 г/см на водостойкость оказывают влияние и содержание магнезиального цемента, и крупность песка: чем меньше в размерах зерна песка и чем меньше содержание цемента, -тем выше водостойкость. При плотности затворителя 1,20 г/см3 водостойкость не проявляет зависимости от перемен значений выбранных факторов влияния, а при плотности 1,25 г/см водостойкость зависит только от размеров зерен песка: чем больше размер зерен, - тем выше водостойкость.
При испытании образцов магнезиального раствора на истираемость были получены следующие данные (табл. 2.7, 2.8): истираемость магнезиального раствора колеблется от 0,075 до 0,275 г/см и зависит от расхода магнезиального цемента, крупности зерен заполпителя и прочности магнезиального раствора (рис. 2.10). Высокий расход магнезиального цемента способствует снижению истираемости у растворов с крупностью заполнителя менее 1,25 мм, при крупности более 1,25 мм наоборот, понижение расхода магнезиального цемента (но не ниже уровня, необходимого для связывания частиц заполнителя) способствует снижению истираемости. Такой характер изменения истираемости объясняется различной площадью удельной поверхности у частиц заполнителя различного размера. Чем меньше размер зерна заполнителя, тем меньше площадь его поверхности, а значит меньше зона сцепления заполнителя с вяжущим. Поэтому истираемость мелкозернистых растворов (заполнитель 1,25 мм) происходит за счет разрушения связывающей прослойки магнезиального цемента между зернами заполнителя и вырывания частиц заполнителя из тела раствора. При крупности заполнителя более 1,25 мм, энергии зерна абразива уже не хватает на вырывание частиц заполнителя и она расходуется на его разрушение таким образом истираемость в этом случае происходит счет разрушения и магнезиального цемента и зерен заполнителя.
Исследование влияния состава магнезиальной растворной смеси на основные параметры растворосмесительного насоса
Для данного исследования был проведен эксперимент, целью которого являлось установление зависимости и степени влияния состава магнезиальной растворной смеси на ее подвижность.
Подвижность магнезиальной растворной смеси определялись по методике, изложенной в ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний» при помощи вискозиметра Суттарда по диаметру расплыва стандартного объема смеси. Использование именно этой методики обуславливается тем, что исследование пластичности (подвижности) растворной смеси по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний» не позволяет отследить зависимость изменения пластичности растворной смеси от изменения составов смеси, применяемых в эксперименте.
Наибольшее влияние на пластичность магнезиальной растворной смеси оказывает содержание затворителя и магнезиального цемента, выраженное отношением расхода затворителя к цементу, а также цементно-песчаное отношение. При изменении этих факторов в выбранных пределах варьирования пластичность смеси изменяется от 163 до 313 мм. Увеличение отношения затвори-тсль-магнезиальный цемент (увеличение количества вводимого затворителя) однозначно приводит к повышению подвижности смеси. Повышение цементно-песчанного отношения приводит к повышению подвижности смеси лишь с пропорциональным увеличением количества вводимого затворителя, повышение Ц/П при неизменном количестве затворителя приводит к снижению подвижности смеси.
Составы ограниченные многоугольником BCDE (рис.4,5) отличаются сильным расслоением смеси при растечении» затворитель не связный с магнезиальным цементом выступает на поверхности смеси, образуя в последствии при затвердении раствора соляную корку и малосвязный, пористый поверхностный слой, включающий избыточную часть соли в виде кристаллов и минимальную долю магнезиального раствора. Такие составы дают неравномерное растечение объема смеси на плоскости, заполнитель не образует массива, связного магнезиальным тестом. После твердения такого состава заполнитель выкрашивается и легко вынимается из тела раствора, что объясняется малой прочностью полученного магнезиального цемента и низким значением прочности сцепления поверхности заполнителя с затвердевшим магнезитом, из-за осаждения кристаллов соли на поверхности зерен песка, и ослабления таким образом зоны сцепления.
Порядок проведения эксперимента отражен в схеме на рис. 4.6 В качестве растворосмесительного насоса применялся штукатурный агрегат Mec m3 «Матис» (рис.4.6), Технические характеристики применяемого оборудования отражены в таблице. 1.2.
Водяной насос подключался к емкости с затворителем, В качестве затво-рителя был принят водный раствор хлористого магния плотностью 1,2 г/см . Сухая магнезиальная смесь была приготовлена заранее в необходимом объеме (состав смеси - магнезиальный цемент : песок = 1:2 по массе), и загружалась по мере необходимости в приемный бункер машины. Необходимый расход затво-рителя выставлялся на специальной мерной шкале расходомера на машине в зависимости от пластичности смеси, которую необходимо было получить (120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260 мм расплыва по вискозиметру Суттарда). Рас-творопровод на резинотканевой основе внутренним диаметром 25 мм и длиной 10 м перед перекачиванием смеси смачивался смесью затворителя и магнезиального цемента в соотношении 1:4 по массе путем перекачивания этой смеси через растворосмеситсльный насос. Производительность растворос 103 месителыгого насоса определялась в литрах в минуту как среднеарифметическое при времени работы машины 3 мин при перекачивании приготавливаемой смеси в мерную емкость.
Загрузка сухой магнезиальной смеси в приемный бункер растворосмеси-телыюго насоса Регулировка и установка требуемого уровня расхода затворителя на раство-росмесительном насосе, соответствующего заданной пластичности магнезиальной растворной смеси
Как уже отмечалось ранее, производительность растворосмеснтельного насоса зависит от нескольких основных факторов: напора смеси в трубопроводе (давления в трубопроводе, создаваемым винтовым насосом); длины, конфигурации, внутреннего диаметра и материала трубопровода; сил внутреннего трения смеси, а также сил трения между внутренними стенками трубопровода и проходящей по нему смесью.
Технико-экономические показатели. Опыт применения
Анализ технологий монолитного пола показывает, что области применения части из них ограничены положительными температурами, а другие могут применяться и при отрицательных температурах, но только в комплексе с методами ускорения твердения бетона.
Сравнения трудоемкостей, затрат на устройство и технических характеристик наиболее распространенных технологий монолитного пола, представлены в таблицах
На основании сопоставления данных, приведенных в таблицах можно сделать следующие заключения:
1. Монолитный пол на основе магнезиального раствора по своим эксплуатационным и технологическим характеристикам не уступает, а по износоустойчивости превосходит другие технологии монолитного пола с повешенными прочностными характеристиками.
2. Трудоемкость устройства магнезиального пола меньше трудоемкостей аналогичных технологий на 314,,.371 % при производстве работ в условиях отрицательных температур, и на 114.,.471 % при производстве работ в условиях положительных температур.
3. Затраты на устройство монолитного пола на основе магнезиального раствора меньше чем затраты аналогичных технологий па 30..-57 % при производстве работ в условиях отрицательных температур, и на 18... 112 %при производстве работ в условиях положительных температур.
1. Существующие способы устройства монолитного пола имеют ряд существенных недостатков, а применяемые для их изготовления материалы не обеспечивают необходимых физико-механических и технологических свойств.
2. Получены оптимальные по своим технологическим характеристикам составы магнезиального раствора: отношение вяжущего к заполнителю по массе должно составлять 1:1...1:2 при крупности заполнителя до 1,25 мм, и 1:3 при крупности заполнителя более 1,25 мм; отношение затворителя к вяжущему должно составлять 0,8...0,9, а плотность затворителя может изменяться в диапазоне 1,2,, Л,25 г/см Характеристики магнезиального раствора: прочность на сжатие 25—40 МПа, темп твердения составляет в 1-е сутки - 30 % от R2g, в 3-е сутки - 50 % от R.28, в 7-е сутки - 70 % от R2a» водостойкость Кв = 0,6 - 0,7, истираемость 0,15-0,20 г/см2.
3. Выявлено, что магнезиальный раствор твердеет при температурах от 0 до минус 10 С. Темп твердения составляет в 1-е сутки - от 10 до 26 % от R2a, в 3-е сутки - от 20 до 34 % от И2я, в 7-е сутки — от 22 до 46 % от R3g. Показано, что температуры выдерживания от 0 до - 10 С обуславливают снижение темпа твердения магнезиального раствора и увеличения плотности затворителя. Это способствует созданию более плотной бездефектной структуры материала и повышению его марочной прочности на 7-22 %,
4. Установлено, что наиболее производительным типом циклического смесителя является турбулентный (до 5,42 м3/ч), время оптимального перемешивания в турбулентном смесителе от 10 до 20 с в зависимости от состава смеси.
5. Получены математические зависимости основных параметров растворосмеси-тсльного насоса от состава и подвижности применяемой растворной смеси, которые позволяют вычислить производительность машины, среднюю скорость движения смеси по растворопроводу, максимальную длину и траекторию рас-творопровода. в. Разработан «Технологический регламент на устройство монолитного пола на магнезиальном вяжущем при различных температурах» позволяющий получить пол с необходимыми характеристиками по прочности, водостойкости и истираемости. Предлагаемая технология прошла апробацию, которая подтвердила правильность предлагаемых технологических рекомендаций по устройству монолитного магнезиального пола с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками в условиях различных температур.
Похожие диссертации на Технология устройства монолитных полов на основе магнезиальных растворов при различных температурах
