Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния и перспективы применения в строительстве монолитных ограждающих конструций .
1.1. Монолитные ограждающие конструкции, их производство и проблемы 12
1.2. Выбор базового вида ячеистого бетона как эффективного материала для монолитных ограждающих конструкций 17
1.3. Возможность использования местных сырьевых материалов для газобетона как базового вида ячеистых бетонов 19
1.3.1. Наполнители на основе отходов ТЭС и отходов дробления горных пород 19
1.3.2. Использование вторичных ресурсов химических производств в качестве компонента алюминиевой суспензии 23
1.4. Эффективность разработки монолитных ограждающих конструкций с переменной плотностью по сечению 24
1.5. Стандартные опалубочные системы для монолитных ограждающих конструкций и их недостатки 26
1.6. Особенности существующих установок для формования монолитных конструкций 28
1.7. Выводы. Цели и задачи исследования 34
ГЛАВА 2. Методика исследований, характеристика материалов и программа экспериментов .
2.1. Подготовка и нормативное обеспечение экспериментальных исследований 37
2.2. Характеристики исходных материалов 39
2.3. Программа экспериментальных исследований 41
2.4. Методика изготовления опытных образцов 41
2.5. Методика испытания опытных образцов на прочность и морозостойкость 43
2.6. Анализ и статистическая обработка результатов опытов методами теории математического планирования эксперимента 45
2.7. Выводы 48
ГЛАВА 3. Принципы формования вариатропнои поро-вой структуры газобетона .
3.1. Теоретические основы формования газобетона переменной плотности по сечению 49
3.2. Расчет термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции из газобетона с вариатропной поровой структурой в сравнении с существую щими 51
3.3. Исследование влияния рецептурно - технологических факторов на физико-механические прочностные и деформативные характеристики газобетона различной плотности 55
3.4. Оптимизация составов газобетонной смеси для газобетонов плотностью 400и800кг/м3 60
3.5. Исследования способа формования монолитных конструкций из вариа-тропного газобетона 60
3.6. Диаграмма «напряжение - деформация» газобетона и предложения по ее аналитическому описанию 67
3.7. Выводы 68
ГЛАВА 4. Технология возведения монолитных ограждающих конструкций с переменной плотностью по сечению .
4.1. Технологическая схема производства газобетонной смеси раздельным способом 70
4.2. Основные элементы технологической схемы 72
4.3. Основные способы смешения компонентов 73
4.3.1. Анализ способов смешивания компонентов 73
4 4.3.2. Исследование влияния способа перемешивания компонентов на однородность газобетонной смеси в монолитных конструкциях 74
4.4. Подбор и предложение рациональных способов приготовления, перемешивания и транспортирования жидких компонентов газобетонной смеси...85
4.4.1. Приготовление алюминиевой суспензии 85
4.4.2. Сравнительная оценка предложенного способа приготовления консолидированной газобетонной смеси и его преимущества перед су ществующими 88
4.5. Разработка оригинальной опалубочной системы для изготовления газобетонных конструкций переменной плотности по сечению с применением нового способа приготовления консолидированной газобетонной смеси .89
4.6. Новая опалубочная система и особенности ее конструктивных элементов 96
4.7. Мобильный технологический комплекс для изготовления газобетонных конструкций переменной плотности по сечению с использованием оригинальной опалубочной системы и нового способа приготовления консолидированной газобетонной смеси 104
4.8. Выводы по главе 3 107
ГЛАВА 5. Технико-экономическая оценка разработанных рекомендаций
5.1 Технические преимущества разработанного способа возведения стеновых ограждающих конструкций 109
5.2 Технико-экономическое сравнение предложенной новой опалубочной системы с традиционно применяемыми опалубками 110
5.3. Сравнительная стоимость затрат на возведение ограждающих конструкций из газобетона и керамзитобетона 111
5.3. Оценка эффективности технических показателей ограждающих конст рукций из газобетона по сравнению с керамзитобетоном 113
5.5. Выводы 115
Основные выводы 116
Литература 118
- Монолитные ограждающие конструкции, их производство и проблемы
- Особенности существующих установок для формования монолитных конструкций
- Расчет термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции из газобетона с вариатропной поровой структурой в сравнении с существую щими
- Исследование влияния способа перемешивания компонентов на однородность газобетонной смеси в монолитных конструкциях
Введение к работе
Актуальность работы. Обеспечение термосопротивления ограждающих конструкций, улучшение конструкционных свойств материалов, удовлетворение потребности строительного комплекса в эффективных материалах — это важнейшие задачи отрасли в период наступающего строительного бума. Для этого необходимы технологии и материалы, которые обеспечивают сокращение материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости и стоимости строительства, снижение массы зданий и сооружений без снижения эксплуатационных характеристик конструкций.
Этим требованиям отвечают конструкции из ячеистых бетонов. Ячеистые бетоны существенно отличаются от других стеновых материалов по энергозатратам на производство, а также по затратам на отопление зданий в период эксплуатации, так как они характеризуются более высокими показателями термосопротивления. Энергоемкость производства (с учетом расхода вяжущих и заполнителей) ячеистобетонных ограждающих конструкций по сравнению с ке-рамзитобетонными конструкциями примерно в 2 раза ниже, энергозатраты при эксплуатации зданий - на 20% меньше. При возведении стен из ячеистого бетона трудозатраты составляют только треть в сравнении с кладкой стен из обычного кирпича. Теплопотери ячеистобетонной стены толщиной 50 см на 25% меньше, чем пустотелой кирпичной стены такой же толщины с внутренним изоляционным слоем.
В настоящее время в России из ячеистого бетона выпускаются стеновые панели, блоки, теплоизоляционные и звукоизоляционные плиты и др. Однако, доля этих изделий в общем объеме бетона и железобетона невелика. По этому показателю наша страна уступает Швеции, где доля производства ячеистых бетонов составляет около 70 %, а также Англии, Бельгии, Голландии, Германии, Дании, Канаде, Польше и др.
В связи с повышением требований СНиП И-3-79** "Строительная теплотехника" к термическому сопротивлению ограждающих конструкций требуемая толщина стен строящихся и реконструируемых зданий из легких бетонов на традиционных заполнителях значительно увеличена. Применяемые в настоящее время заполнители для бетонов по качественным характеристикам и экономической эффективности не в полной мере отвечают современным требованиям. В этой связи сегодня особая роль отводится ячеистому бетону, как наиболее эффективному материалу для ограждающих конструкций. Изготовление монолитных конструкций из ячеистого бетона, и особенно газобетона становится особенно актуальным.
Острой проблемой, связанной с монолитными газобетонными ограждающими конструкциями, является создание материала с переменной плотностью по сечению. Этот материал должен сочетать в себе прочность и несущую способность конструкционного материала с низкой теплопроводностью и высокой звукоизолирующей способностью теплоизоляционного бетона. В настоящее время существуют монолитные стеновые конструкции типа «Сэндвич», которые состоят из различных материалов по сечению, выполняющих раздельно конструкционные и теплоизоляционные функции. Создание же монолитных конструкций из одного и того о/се материала, но с переменной плотностью по сечению позволяет совмещать конструкционные и теплозвукоизоляционные функции и работать как единое целое, что является важнейшей технологической задачей.
При существующем дефиците эффективных наполнителей для бетонов необходимо использовать вторичные ресурсы промышленных предприятий, в частности отходы ТЭС, утилизация которых приведет к большому экономическому эффекту и благоприятным экологическим изменениям.
Рабочая гипотеза: создание газобетонных ограждающих конструкций, обеспечивающих заданную несущую способность и высокие тепло- и звукоизо-
ляционные характеристики возможно за счет формирования вариатропнои по-ровой структуры бетона путем:
регулирования рецептурно-технологических факторов на стадии формования изделий;
использования специальной опалубочной системы, обеспечивающей послойное формование изделий;
разработки режимов формования монолитных конструкций, обеспечивающих слитность структуры и однородность бетона по высоте и вариатропность поровой структуры по толщине изделия;
использования оборудования, обеспечивающего непрерывное формования массива газобетона, позволяющего оперативно управлять рецептурно - технологическими факторами на стадии заливки смеси в опалубку.
Исходя из выдвинутой гипотезы сформулирована цель диссертационной работы:
- создание вариатропнои поровой структуры газобетона для монолитных ог
раждающих конструкций, обеспечивающей требуемую несущую способ
ность и высокое термосопротивление.
Для достижения поставленной цели в работе последовательно решены сле-дующие задачи исследования:
анализ существующих монолитных ограждающих конструкций и технологий их возведения;
подбор и оптимизация состава газобетона различной плотности с использованием вторичных ресурсов ТЭС;
разработка опалубочной системы обеспечивающей послойное формование различных по толщине и плотности слоев монолитных конструкций;
разработка способа регулирования рецептурно - технологических факторов на стадии формования газобетонных изделий;
разработка методики возведения конструкций из газобетона с вариатроп-ной поровой структурой;
исследование влияния рецептурно - технологических факторов и режимов формования монолитных, ограждающих конструкций на процессы структурообразования и свойства газобетона с вариатропной поровой структурой;
разработка технологического оборудования для мобильного технологического комплекса по изготовлению газобетона с вариатропной поровой структурой;
опытно-промышленная проверка результатов исследований;
оценка экономической эффективности разработанных решений.
Научная новизна работы;
научно обоснована и практически подтверждена возможность создания монолитных стеновых газобетонных конструкций с вариатропной поровой структурой в процессе их формования.
разработан способ формования газобетонных ограждающих конструкций из разноплотных слоев, обладающих слитной структурой, за счет плавного изменения плотности газобетона в переходных контактных зонах.
теоретически обоснованы режимы формования переходных контактных зон между разноплотными слоями газобетона.
предложен эффективный способ приготовления, и заливки газобетонной смеси в опалубку, обеспечивающий непрерывность формования конструкций и возможность оперативно регулировать характеристики газобетонной смеси.
разработана оригинальная опалубочная система, позволяющая возводить монолитные ограждающие конструкции из газобетона с переменной плотностью по сечению;
- разработан передвижной мобильный комплекс для возведения монолитных ограждающих газобетонных конструкций в условиях строительных площадок, на который получен патент Российской Федерации № 2161555 на изобретение;
Практическое значение работы. На основании проведенных исследований разработана эффективная схема формования монолитных ограждающих конструкций вариатропной структуры. Разработана конструкция передвижного мобильного комплекса для формования монолитных ограждающих конструкций из газобетона переменной плотности по сечению в полевых условиях. Получен патент Российской Федерации на изобретение.
Разработаны рабочие составы конструкционно-теплоизоляционных бетонов рациональной структуры различного назначения в широком диапазоне свойств на основе золы-унос.
Эффективность разработанной технологии возведения ограждающих конструкций из газобетона подтверждена проведенными сравнительными теплотехническими расчетами конструкций из различных материалов. Достигнуто снижение материалоемкости и трудозатрат при возведении монолитных ограждающих конструкций путем совершенствования технологических процессов и использования вторичных ресурсов промышленных предприятий.
Результаты научных исследований внедрены в нормативный документ регионального значения - «Рекомендации по применению передвижного мобильного комплекса для изготовления газобетонов различной плотности» (Ростов-на-Дону, СевКавНИПИагропром, 2001 г.- 24 с).
Результаты диссертационной работы используется в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета и Кабардино-Балкарского государственного университета при чтении лекций специальных курсов для студентов технологических специальностей.
Достоверность результатов обеспечена использованием действующих государственных стандартов, нормативных документов и поверенного оборудования, методов математического планирования экспериментов с обеспечением доверительной вероятности 0,95 при погрешности не более 10 %, обработкой экспериментальных данных с использованием вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения, использованием комплекса современных физико-химических методов исследования (ДТА, электронной и оптической микроскопии).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации изложены в 6 опубликованных работах, в том числе 1 патенте на изобретение.
Материалы диссертации докладывались и получили одобрение:
на международной научно - практической конференции по архитектуре, Ростов-на-Дону, 1997г.;
на международных научно-практических конференциях "Строительство". Ростов-на-Дону, 1999,2001 и 2002г.г.;
на ежегодных научно - технических конференциях Ростовского государственного строительного университета (1997-2002 г.г.) и Кабардино-Балкарского государственного университета (1999-2001 г.г.). Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений и включает 145 страниц машинописного текста, 22 рисунка, 24 таблицы и 223 наименования использованной литературы.
12 .
Монолитные ограждающие конструкции, их производство и проблемы
Последние 50 лет основу массового жилищного строительства составляло панельное домостроение. Конструктивные и технологические решения позволяли монтировать железобетонные конструкции зданий в условиях строительной площадки при минимальных трудозатратах и, тем самым, сокращать продолжительность строительства и уменьшать его себестоимость.
В настоящее время особое внимание уделяется малоэтажному частному домостроению. Исследования показывают, что наиболее целесообразны такие варианты малоэтажных зданий, которые будут подчеркивать индивидуальность проектных решений, цветовую гамму отделки наружной поверхности и эстетическую выразительность [21,23,42,44,53,61,62,69,98,99,121].
При теплотехническом проектировании ограждающих конструкций до середины 1995г. руководствовались СНиП И-3-79 «Строительная теплотехника» и всеми связанными с ними нормативными документами.
Принятые постановления от 2 ноября 1995г. № 1087 «О неотложных мерах по энергоснабжению» и Минстроя России от 11 августа 1995г. № 18-81 об изменениях № 3 к СНиП Н-3-79 , значительно повысили требования к тепло-сопротивлению ограждающих конструкций. С точки зрения эффективности использования строительных материалов, определился четкий ряд принципиальных конструктивных схем ограждающих конструкций, и требований к ним [137,138]. Весьма актуальным становится применение следующих теплоизоляционных материалов: - керамзит плотностью до 500 кг/м3; - перлит, вермикулит; - пенополистирол плотностью до 40 кг/м3, двустадийного вспучивания; - минераловатные плиты плотностью до 300 кг/м3: - ячеистый бетон плотностью 400-500 кг/м , неавтоклавного твердения. Одним из основных критериев оценки эффективности теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности, который должен быть не более 0,05-0,10 Вт/м2 С при прочности 0,4-1 МПа. Применение в строительстве материалов с улучшенными теплозащитными свойствами при заданной прочности позволяет эффективно решить многие инженерные задачи, в частности, по экономии топливно-энергетических ресурсов, по обеспечению в помещениях нормального микроклимата. Рассматривая все теплоизоляционные материалы с целью оптимизации теплофизических свойств, необходимо обратить внимание на макроструктуру ячеистых бетонов, в которых поры составляют 0,6-0,9 объема. Поризованные материалы, представляющие собой структурный элемент из макропор (газовые ячейки) и межпоровых перегородок, является плохим проводником тепла, а теплозащитные свойства тем выше, чем больше общая пористость. Нормы строительного проектирования ряда зарубежных стран (Германия, США, Финляндия, Швеция и др.) содержат специальные указания по снижению энергопотребления зданий путем рационального выбора объемно-планировочного решения, в том числе формы и соотношения размеров, габаритов помещений, схем размещения оборудования, системы отопления, свойств материалов ограждающих конструкций и т.п. В большинстве зарубежных стран, за последнее время, резко возросли значения нормируемых сопротивлений теплопередаче, которым должны отвечать современные ограждающие конструкции [63]. Они, как показывает анализ, в 1,2-3 раза выше требований отечественных норм до 1995г., а в ряде случаев выше и ныне действующих требований. При поиске проектных решений, обеспечивающих повышение эффективности строительства, разрабатываются два варианта - возведение монолитных малоэтажных зданий (до пяти этажей включительно) и возведение сборных многоэтажных зданий каркасно-панельного типа [70]. Это особенно актуально для Юга России, так как по градостроительным планам его городов высотное строительство осуществляется в качестве градоформирующих точек, а большую часть составляет частная малоэтажная и одноэтажная застройка. Наиболее эффектными, с точки зрения теплотехнических характеристик, являются стеновые конструкции с применением легких теплоизоляционных материалов, обладающие низким коэффициентом теплопроводности. К ним относятся: трехслойные керамзитобетонные панели с термовкладышами из минера-ловатных плит или пенополистирола, панели типа «сэндвич», ячеистые, в частности пено — газо - блоки. В результате обследований трехслойных панелей, в частности, на заводах КПД Ростовской области установлено, что они имеют фактурный слой из ке-рамзитобетона со средней плотностью 1450-1500 кг/м3, а внутренний слой из крупнопористого бетона со средней плотностью 700-800 кг/м3. Такое сочетание приводит к увеличению теплопотерь зданий и уменьшает прочностные характеристики ограждающих конструкций.
Строительство из кирпича, несмотря на некоторые традиционные положительные особенности, имеет ряд существенных недостатков. К ним следует прежде всего отнести значительные затраты труда, энергии, связанные с доставкой кирпича, а также недоиспользование его марочной прочности при возведении стен домов малой этажности. Поэтому, стоимость домов из кирпича, как правило, на 15-20%, а трудозатраты на 10% выше по сравнению со зданиями из железобетонных конструкций.
Дома, выполненные из шлакоблоков, отличаются достаточно большой толщиной стен из - за их низкого термосопротивления. Они имеют примитив 15
ный эстетический и архитектурный облик, и без дополнительной облицовки фасады выглядят уныло и однообразно.
Сооружение домов из монолитного керамзитобетона дает значительный экономический эффект: они дешевле кирпичных, панельных и крупноблочных на 20-30%; капитальные вложения с учетом развития производственной базы снижаются в 1,5-2 раза. Однако относительно высокая плотность керамзита вызывает необходимость увеличивать толщину стен для обеспечения требуемого термосопротивления, что снижает эффективность такой технологии, увеличивает нагрузки на фундаменты и материалоемкость строительства.
Преимущества монолитного способа домостроения оправдывают его широкое применение в малоэтажном строительстве Западно-Европейских стран и США. В России за последние 10 лет отмечается рост монолитного домостроения на 20%. [21]
Особенности существующих установок для формования монолитных конструкций
К таким конструкциям относятся: трехслойные керамзитобетонные панели с термовкладышами из минераловатпых плит или пенополистирола, панели типа «сэндвич» и др.
В результате обследований трехслойных панелей, в частности, на заводах крупно - панельного домостроения Ростовской области, установлено, что они имеют фактурный слой из керамзитобетона со средней плотностью 1450-1500 кг/м3, а внутренний слой из крупнопористого бетона со средней плотностью 700-800 кг/м3.
На заре развития крупнопанельного домостроения пытались делать двухслойные стеновые панели, в которых ячеистый бетон был защищен слоем тяжелого бетона, однако вскоре от этого отказались по следующим причинам: - функционально для защиты панели из ячеистого бетона достаточно было слоя тяжелого бетона толщиной 1-2 см, но технологически трудно было выполнить слой менее 4-5 см, а при таких размерах панель получалась излишне тяжелой и материалоемкой; - производство таких защищенных панелей требовало создания двух технологических линий - для тяжелого и для ячеистого бетона, панели фактически дважды формовались, что недопустимо увеличивало трудозатра - гснри бетона характеризовались разной усадкой, они имели разные коэффициенты температурного расширения, что приводило к появлению внутренних напряжений и трещинообразованию в изделии; - между слоями была резкая граница, что приводило к концентрации напряжений; - вследствие разной паропроницаемости слоев на границе между ними конденсировалась влага, которая зимой превращалась в лед с увеличением объема; в результате чего панель расслаивалась. В последние годы было сформулировано[165], что одной из важнейших технологических задач является изготовление ограждающих конструкций с переменной плотностью по толщине из одного и того же материала, т.е. вариа-тропных конструкций.
Проблема создания вариатропной конструкции является технологически очень сложной. Однако вариатропная конструкция целесообразна не только для стен, но и для плитных изделий - покрытий и перекрытий. В конструкции, работающей на изгиб, наиболее нагружены две зоны - сжатая и растянутая. Обе они расположены в поверхностных слоях плиты, а ее центр практически не испытывает серьезных напряжений. В определенной степени это относится и к несущим внутренним перегородкам, работающим на продольный изгиб. Вариатропная конструкция позволяет повысить несущую способность плиты, уменьшить ее толщину, снизить прогиб под нагрузкой, сократить расход арматуры [49].
Создание вариатропных монолитных ограждающих конструкций является очень актуальной проблемой. Разработка способов их изготовления из газобетона является одной из важных задач настоящего исследования.
Существует множество конструкций опалубочных систем, позволяющих изготавливать бетонные и железобетонные монолитные ограждающие изделия [97]. Наиболее распространенными видами опалубок являются скользящая, разборно-переставная крупнощитовая и мелкощитовая опалубка. Скользящая опалубка используется для возведения зданий и сооружений большой высоты, где осуществляется одновременно производство большого количества операций. При ее применении обеспечивается очень высокая скорость возведения стен, высокое качество работ за счет монолитности стен и перекрытий при значительной экономии арматурной стали, высокая эквивалентная оборачиваемость щитов и других элементов. В одном комплекте скользящей опалубки с высотой щитов 1-1,2 м можно возвести одно или несколько идентичных зданий с общей высотой стен 200-600 м для деревянной опалубки и 1800-2400 м для металлической. Необходимость оставления открытых проемов по фасадным стенам для извлечения секций опалубки является существенным технологическим ограничением, усложняющим процесс возведения здания [154]
Разборно-переставная крупнощитовая опалубка состоит из крупноразмерных каркасных щитов, изготовленных на заводе или собираемых из отдельных щитов с помощью крепежных элементов у места установки; вертикальных элементов жесткости, которые выполнены из специальных профилей или ферм нескольких типоразмеров, рассчитанных на различные нагрузки в зависимости от характера бетонируемой конструкции, консистенции бетонной смеси, способа укладки и скорости бетонирования; стяжных болтов с трубками; подкосов с регулируемой длиной; домкратов для регулирования винтовой опалубки по высоте при ее установке. При необходимости крупнощитовую опалубку комплектуют доборными щитами, позволяющими более гибко ее использовать при сложной конфигурации поверхностей.
Крупнощитовую опалубку выполняют металлической или деревометал-лической с палубой из водостойкой фанеры. Масса укомплектованной крупнощитовой опалубки, отнесенная к 1 м2 площади, в зависимости от ее конструк-ции составляет 50...85 кг/м ; оборачиваемость опалубки — 100 .. . 300 циклов [104].
Крупнощитовую опалубку практично применять для бетонирования замкнутых ячеек зданий из монолитного бетона. В этом случае щиты опалубки стен и перекрытий должны соответствовать или быть кратными размерам бетонируемой ячейки. Разборно-переставная мелкощитовая опалубка. Ей присущи ограниченные размеры элементов и их масса, не превышающая 50 кг, что позволяет осуществлять вручную сборку и разборку опалубки; простота изготовления и эксплуатации; высокая степень универсальности, позволяющая свести к минимуму неинвентарные доборные вставки и использовать опалубку для возведения самых разнообразных конструкций.
Именно поэтому несмотря на неизбежное, по сравнению с применением крупнощитовой опалубки, увеличение типоразмеров элементов, некоторое удорожание и увеличение трудовых затрат, масштабы применения инвентарной сборно-переставной мелкощитовой опалубки не уменьшаются. При этом имеет место ее совершенствование в направлении улучшения конструкций щитов, снижения массы элементов, повышения скорости сборки за счет применения эффективных быстроразъемных соединений и т.д. [177, 178].
Перечисленные виды опалубочных систем при всех их многовариантности и универсальности, имеют много недостатков. Они обладают большим весом и требуют больших финансовых, трудовых и временных затрат на транспортирование, перестановку, монтаж и демонтаж. Но главным их недостатком в применении к выбранному нами направлению является невозможность использования их в процессе возведения монолитных ограждающих конструкций переменной плотности по сечению.
Расчет термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции из газобетона с вариатропной поровой структурой в сравнении с существую щими
Идея создания вариатропных бетонных конструкций, т.е. из одного вида бетона, но с различной плотностью по сечению, возникла с момента появления этого строительного материала, однако оформилась в важнейшую технологическую задачу лишь в последние несколько лет.
Очевидно, что рациональной ограждающей конструкцией является, в применении к нашему случаю, газобетонная конструкция с постепенным, плавным изменением плотности материала по сечению - от наибольшей плотности на внешней и внутренней гранях сечения конструкции до наименьшей плотности в середине сечения, этим обеспечивается большая плотность материала у внешней грани - для возможности восприятия внешних силовых, деформационных и температурных воздействий и у внутренней грани - для возможности присоединения внутренних конструктивных элементов и создания несущего отделочного слоя, и меньшая плотность материала в середине сечения, выполняющая функцию эффективного утеплителя.
Кроме того, при таком изменение плотности материала по сечению обеспечивает цельность и единство свойств материала сечения, отсутствие концентраторов внутренних напряжений и деформаций.
Однако описанная вариатропная структура конструкции является идеализированной вследствие практически непреодолимых сложностей ее изготовления.
Значительно более жизненной, обладающей практически теми же преимуществами и существенно более практически выполнимой является многослойная вариатропная конструкция, в которой плотность материала по сечению изменяется скачкообразно по слоям - от более плотных на наружных гранях конструкции к менее плотным в середине ее сечения.
Анализ показывает, что в самом простом случае это может быть трех-слойная конструкция с одинаковой, более высокой плотностью внешнего и внутреннего слоев и существенно меньшей плотностью серединного слоя.
Именно эту трехслойную вариатропную конструкцию из газобетона переменной плотности по сечению избрана нами в качестве объекта исследования.
Анализ существующих многослойных стеновых материалов позволил сделать вывод о необходимости проведения исследований возможности формования вариатропной поровой структуры газобетона, обеспечивающей высокое термосопротивление при заданной несущей способности ограждающих конструкций.
Предварительные исследования позволили сформулировать основные принципы формования вариатропной поровой структуры газобетона для монолитных ограждающих конструкций: 1. Конструкция должна состоять из 3-х слоев, каждый из которых должен выполнять определенные функции: - наружный защитный слой из конструкционного газобетона; - теплоизоляционный слой из газобетона; - внутренний несущий слой из конструкционного газобетона. 2. Каждый слой должен состоять из газобетона однородной поровой структуры; 3. Структура газобетона в конструкции должна быть слитной и не должна иметь резких границ между слоями; 4. Переходные контактные зоны между различными слоями конструкции должны обеспечить главный переход от плотной поровой структуры к поровой структуре обеспечивающей низкую плотность газобетона; 5. Ширина переходного контактного слоя должна быть оптимизирована исходя из условий отсутствия резких границ между слоями и обеспечения плавного перехода между разноплотными слоями. Выявленные принципы формования вариатропной поровой структуры газобетона для монолитных ограждающих конструкций определили задачи исследования возможности создания вариатропной поровой структуры газобетонной конструкции. Расчет термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции из газобетона с вариатропной структурой в сравнении с существующими. Эффективность применения газобетона в ограждающих конструкциях зданий и сооружений в сравнении с панелями типа «сэндвич», кирпичными стенами с заполнителем и керамзитобетонном на традиционных пористых заполнителях оценивалась по толщине стены, удовлетворяющей требуемым значениям термического сопротивления по СНИП II - 3 - 79 . Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле: R"P=! r (3 L) где п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; te - расчетная температура внутреннего воздуха, С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; Ш - расчетная зимняя температура наружного воздуха, С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 2.01.01-82: At" - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции; авкоэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций.
Исследование влияния способа перемешивания компонентов на однородность газобетонной смеси в монолитных конструкциях
Для достижения поставленной цели на первом этапе изучали качество 5%-ных водных алюминиевых суспензий, приготовленных при температуре 20 ± 2 С на основе растворов поверхностно-активных добавок различной концентрации и алюминиевой пудры ПАП-1. Суспензии приготавливались путем перемешивания компонентов в прозрачном стакане емкостью 150 мл на магнитной мешалке НМ-3 в течение 10 мин. Качество суспензий оценивалось визуально по следующим характеристикам
Неудовлетворительно - отсутствует гомогенность суспензии, на поверхности плавают частицы газообразователя в большом количестве Удовлетворительно - образуется гомогенная суспензия, однако имеются крупные флоккулы частиц, на поверхности плавает алюминиевая пудра в малом количестве. Хорошо - образуется гомогенная суспензия, отсутствуют флоккулы и не всплывают частицы алюминиевой пудры. Одновременно при оценке качества алюминиевой суспензии определяли значения поверхностного натяжения растворов добавок. Полученные результаты позволили установить для каждого вида добавок пределы концентраций и поверхностного натяжения растворов, при которых обеспечивается требуемое качество суспензии. Анализ полученных данных свидетельствует о том что, наилучшими свойствами в качестве ПАВ обладают хозяйственное мыло, CMC «Кристалл», сульфанол, несколько менее активны - скрубберная паста, ПО-1Д. Для изучения кинетики газовыделения алюминиевого газообразователя на втором этапе исследования были использованы растворы добавок, обеспечивающие удовлетворительное и хорошее качество алюминиевой суспензии. Испытания проводились с применением прибора ПГВ-2А при температуре t = 40 С и плотности известкового молока р = 1,1 г/см3. Анализ полученных данных показывает, что реакционная способность алюминиевого газообразователя в значительной мере зависит от количества добавок, вводимых при приготовлении суспензии. Оптимальное количество добавок по отношению к массе алюминиевой пудры, обеспечивающее хорошее качество суспензии с высоким коэффициентом активности (а ) и минимальным временем газовыделения (тк), равно: сульфонол - 6%, СП - 4%, "Кристалл" - 6%, ПО-1Д - 5%, "Прогресс" - 5%, хозяйственное мыло - 9%. При значениях концентраций добавок, отличных (больших или меньших) от оптимальных, наблюдается увеличение общего времени газовыделения и снижение а . У всех испытанных добавок при концентрациях до 10% от массы алюминиевой пудры максимальное время газовыделения ( тк ) не превышает 20 мин, а индукционное время (тинд ) не более 2,5 мин. На третьем этапе сравнивались ценовые показатели различных ПАВ. По результатам экономического сравнения лучшие показатели продемонстрировало CMC «Кристалл», остальные ПАВ заметно отставали от него по стоимостным показателям. Подводя итоги трем этапам анализа отметим, что наилучшим ПАВ, по нашему мнению, является CMC «Кристалл», оптимально сочетающий в себе свойства растворимости, активности и стоимости. Его и следует рекомендовать в качестве гидрофилизирующей добавки для приготовления алюминиевой суспензии. Для изготовления газобетона традиционными способами обычно используются растворо-смесительные станции. После приготовления в смесителе бетонная смесь подается в опалубку по бетоноводу с помощью бетононасоса или пневмонагнетателя. Промышленные поршневые бетононасосы имеют производительность 10, 25,40 и 65 мЗ/ч и используются для транспортирования подвижных бетонных смесей с осадкой конуса 5...8 см и литых — с осадкой конуса 15... 16 см на расстояние до 350 м по горизонтали и до 100...120 м - по высоте. Перед началом транспортирования бетонной смеси в приемный бункер загружают так называемую «пусковую» смесь, приготовленную из цемента и воды или цементно-песчаного раствора состава 1:1, подвижностью 6...8 см. Допускается в качестве «пусковой» смеси использовать порцию пластичной бетонной смеси с повышенным расходом цемента. При движении по трубопроводу такая смесь образует смазочный слой на внутренней поверхности сухого бетоновода, что предотвращает пробкообразование при перекачке первых порций бетонной смеси. Чтобы «пусковая» смесь перемещалась по всему сечению, в бетоновод вставляют пыж из губчатой резины, препятствующий растеканию смеси. По окончании бетонирования бетоновод промывают водой под давлением и пропускают через него эластичный пыж. При перерыве более чем на 30 мин смесь во избежание образования пробок в бетоноводе активизируют путем периодического включения бетононасоса, а при перерывах более 1 ч бетоновод полностью освобождают от смеси. Транспортирование бетонной смеси по трубопроводам должно быть непрерывным, чтобы она не схватывалась и не запустевала. А следовательно, и доставка ее должна быть бесперебойной, а бетонирование непрерывным. Непрерывность работы бетононасосов зависит от своевременности и качества очистки бетоноводов. Очищают бетоновод водой, нагнетаемой специальным центробежным насосом или сжатым воздухом с помощью двух пыжей из губчатой резины или пыжа из влажной мешковины. Чтобы промывочная вода не попадала в уложенную бетонную смесь, кран для ее спуска располагают на некотором удалении от концевого звена. Недостатки приготовления и транспортирования смеси традиционными способами состоят в следующем: - невозможность регулирования состава и свойств газобетонной смеси на стадии формования; - процесс формования массива носит дискретный характер, что определяется объемом смесителя; - нет возможности оперативного регулирования и состава смеси в процессе заливки, что очень важно при формовании конструкций с переменной плотностью газобетона по сечению.
В отличие от традиционных способов, изложенных выше, в новом, предлагаемом нами, способе используется раздельное транспортирование сухой смеси и жидких компонентов. Благодаря этому не происходит забивание трубопроводов, так как сухая смесь поступает отдельно во взвешенном состоянии с помощью пневмонагнетателя, а жидкая - отдельно с помощью насоса и все это смешивается непосредственно перед заливкой в специальной форсунке. Процесс приготовления газобетонной смеси происходит непрерывно, что позволяет избежать расслоения смеси при заливке. Кроме того, при заливке в ограждающую конструкцию возможно плавное регулирование плотности смеси.