Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 14
1.1. Огнестойкость тонкостенных железобетонных и армоцемент-ных конструкций и способы ее повышения 14
1.2. Использование ячеистых бетонов и пути расширения области их применения 28
1.3. Анализ способов нанесения тепло-огнезащитного слоя из легкого бетона на строительные конструкции 55
1.4. Анализ способов изготовления армоцементных конструкций 59
Выводы по главе 1 65
2. Разработка тепло-огнезащитных составов вермикулитобетона и пенотуфобетона 68
2.1. Характеристика используемых материалов и методика исследований 68
2.2. Подбор составов вермикулитобетона для огнезащитного покрытия и изучение их основных физико-механических свойств 76
2.3. Исследование влияния соотношения компонентов и зернового состава заполнителя на свойства пенотуфобетонной матрицы 100
2.4. Расчет процента армирования фибропенотуфобетона 113
2.5. Влияние параметров армирования на свойства фибропенотуфобетона 119
Выводы по главе 2 128
3. Разработка технологии фибропенотуфобетона 130
3.1. Заготовка фибровой арматуры 130
3.2. Способ приготовления фибропенотуфобетонной смеси 131
3.3. Формование изделий из фибропенотуфобетона 136
3.4. Тепловлажностная обработка изделий из фибропенотуфобетона 137
Выводы по главе 3 140
4. Исследование технологии изготовления армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из вермикулитобетона и пенотуфобетона 141
4.1. Изучение процесса формования огнезащитного слоя из вермикулитобетона вибропротяжным устройством 141
4.2. Формование армоцементных элементов с огнезащитным слоем из вермикулитобетона и пенотуфобетона 144
4.3. Исследование процесса тепловой обработки армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из вермикулитобетона 170
Выводы по главе 4 186
5. Исследование совместной работбі бетонных слоев и огнестойкости однослойных и двухслойных армоцементных элементов 189
5.1. Изучение влияния технологических режимов изготовления на сцепление бетонных слоев и совместную работу огнезащитного слоя с армоцементным слоем 189
5.2. Исследование влияния состава и толщины огнезащитного слоя на огнестойкость армоцементных конструкций 201
5.3. Огнестойкость армоцементных оболочек двоякой кривизны со слоем вермикулитобетона 210
5.4. Теплотехнический расчет предела огнестойкости двухслойных армоцементных конструкций 217
Выводы по главе 5 229
6. Производственная проверка технологии армоцементных конструкций высокой огнестойкости и тепло-огнезащитного фибропеі юту фобетона 231
6.1. Опытно-промышленная проверка технологии изготовления армоцементных конструкций со слоем вермикулитобетона 231
6.2. Освоение выпуска мелких стеновых блоков из тепло-огнезащитного фибропенотуфобетона 235
6.3. Технико-экономическая эффективность технологии изготовления армоцементных конструкций со слоем вермикулитобетона и использования фибропенотуфобетона 239
Общие выводы 247
Список использованной литературы 251
Приложения 275
- Огнестойкость тонкостенных железобетонных и армоцемент-ных конструкций и способы ее повышения
- Подбор составов вермикулитобетона для огнезащитного покрытия и изучение их основных физико-механических свойств
- Тепловлажностная обработка изделий из фибропенотуфобетона
- Изучение влияния технологических режимов изготовления на сцепление бетонных слоев и совместную работу огнезащитного слоя с армоцементным слоем
Введение к работе
Одной из основных задач строительства в настоящее время является снижение его себестоимости. Новые экономические условия в стране предопределяют новый подход к выбору эффективных строительных материалов, изделий и конструкций. При оценке их конкурентоспособности необходимо учесть, что в течение последних лет произошло резкое увеличение стоимости энергоносителей, удорожание транспортных расходов.
Использование в строительстве дисперсно-армированных бетонов позволяет снизить материало-, трудо- и энергоемкость железобетонных конструкций при одновременном улучшении качества, что приобретает особую актуальность и отражено в перечне «Приоритетные направления развития науки и техники и критические технологии федерального уровня» и отвечает «Основным направлениям Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу», утвержденным президентом РФ в феврале 2002 года.
Дисперсно-армированные бетоны нашли широкое использование при изготовлении тонкостенных, в том числе пространственных, конструкций. Известно, что применение армоцементных пространственных конструкций в строительстве позволяет снизить материалоемкость конструкций на 20 - 50 %, трудоемкость их изготовления и монтажа - на 10 - 15 % и стоимость - до 20 % при механизированном производстве работ [124]. Армоцементные конструкции имеют ряд преимуществ и по сравнению с железобетонными конструкциями: меньший расход бетона (на 30 - 50 %) и стали (до 15 - 20 %); более высокую трещиностойкость, плотность и водонепроницаемость; применение недефицитного заполнителя [121].
Большой вклад в исследования армоцемента и конструкций на его основе внесли И.Н. Ахвердов, Ю.М. Баженов, И.А. Лобанов, Е.Ф. Лысенко, А.П. Морозов, Б.А. Миронков, Е.Н. Митрофанов, С.Н. Панарин, Г.С. Родов, B.C. Стерин, Г.К. Хайдуков и другие ученые.
Несмотря на значительные успехи в разработке пространственных конструкций, внедрение их в практику строительства все еще недостаточно. Одной из причин, сдерживающих применение тонкостенных железобетонных конструкций, является их низкая огнестойкость [30, 121, 151]. С увеличением пролета зданий имеется тенденция к уменьшению толщины сечения и увеличения прочности материала конструкций, что приводит к снижению их огнестойкости. Кроме того, материальные убытки от пожара резко возрастают с увеличением пролета здания. В последние годы все в большей степени к конструкциям предъявляются требования возможности последующего использования после огневого воздействия в условиях натурного пожара. За рубежом имеются данные, показывающие целесообразность и экономичность применения железобетонных конструкций с большим пределом огнестойкости.
Дальнейшее расширение области применения тонкостенных железобетонных, в том числе армоцементных, конструкций во многом зависит от разработки эффективных технологических и конструктивных мероприятий по повышению их огнестойкости, что является актуальной задачей из-за ежегодного роста количества пожаров в нашей стране.
Больших успехов в исследовании огнестойкости строительных конструкций и разработке способов повышения их предела огнестойкости достигли специалисты НИИЖБ, ЦНИИСК, ВНИИПО, МГСУ и других организаций.
В то же время анализ существующих данных по вопросу огнестойкости железобетонных конструкций показывает, что пределы огнестойкости тонкостенных железобетонных и армоцементных пространственных конструкций, а также поведение их при пожаре еще мало изучены. Предел огнестойкости армоцементных конструкций в значительной степени зависит от типа конструкции, характера армирования, толщины защитного слоя бетона для тканой сетки и стержневой арматуры, запаса несущей способности и других факторов. Поэтому их применение для зданий повышенной пожарной опасности требует специальных исследований.
Анализ возможных способов повышения огнестойкости тонкостенных железобетонных конструкций показал, что наиболее эффективным и экономичным является защита конструкций теплоизоляционными материалами в виде облицовок или экранов из плитных и листовых изделий, а также штука-турок на основе вспученного вермикулита. Наряду с основной функцией огнезащиты они могут улучшить акустические, декоративные и теплофизические характеристики армоцементных конструкций.
Способ огнезащиты строительных конструкций плитными и листовыми материалами находит все более широкое применение в практике. К его преимуществам относятся хорошие защитно-декоративные качества, возможность демонтажа и ремонтопригодность, повышенная вибростойкость и долговечность. Применение данного способа огнезащиты для тонкостенных железобетонных и армоцементных конструкций может быть эффективным при одновременном выполнении теплозащитных и акустических функций.
Целесообразность использования вермикулита в тепло-огнезащитных бетонах и растворах показана в работах ЯЛ. Ахтямова, П.И. Боженова, И.В. Геммерлинга, К.Н. Дубенецкого, М.Г. Масленниковой, К.Д. Некрасова, Г.Г. Никольского, А.П. Пожнина, Ю.М. Тихонова и других.
Нанесение теплоизолирующих огнезащитных штукатурок на строительные конструкции осуществляют методами сухого торкретирования и наб-рызга. Наряду с известными достоинствами эти методы имеют следующие недостатки: большие трудозатраты; перерасход материалов из-за отскоков и трудности соблюдения заданной толщины слоя; ухудшение качества огнезащиты из-за разрушения и смятия вермикулита; низкое качество поверхности огнезащитного слоя; плохие условия труда при торкретировании. Кроме того, низкая прочность сцепления огнезащитного покрытия с бетоном защищаемой конструкции снижает надежность работы огнезащитного слоя во время эксплуатации и особенно при пожаре.
Отмеченных недостатков можно избежать нанесением огнезащитных покрытий на железобетонные конструкции в заводских условиях. Однако ис-
следований и опыта изготовления, например, армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из теплоизоляционного бетона не имеется. Существующие способы изготовления двухслойных железобетонных изделий предусматривают формование теплоизоляционного бетонного слоя на тяжелом конструктивном слое. Так изготавливаются в основном изделия небольших размеров и несложного геометрического очертания. Исследования по уплотнению тяжелого бетона на теплоизоляционном вермикулитобетонном слое способом поверхностного виброформования и по тепловой обработке двухслойных армоцементных конструкций отсутствуют. Изучение совместной работы армоцементного слоя с тепло-огнезащитным бетонным слоем ранее не проводилось. Все это и определило основные направления исследований.
Исследования, включенные в диссертационную работу, выполнены по целевой комплексной научно-технической программе «Исследование местных строительных материалов, изделий и конструкций на их основе» (гос. per. № 32001), в рамках программ по решению отраслевых научно-технических проблем 0.55.016.011 «Пожарная безопасность зданий и сооружений», 0.55.16.034 «Разработать и внедрить несущие и ограждающие строительные конструкции из дисперсно-армированных бетонов» и отвечают «Основным направлениям Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу», утвержденным президентом РФ в феврале 2002 года.
Целью работы является разработка составов тепло-огнезащитных бетонов, технологии изготовления двухслойных армоцементных конструкций высокой огнестойкости, алгоритмического и программного обеспечения теплотехнического расчета предела огнестойкости многослойных армоцементных конструкций.
Для достижения поставленной цели:
- осуществлен анализ имеющихся данных по огнестойкости тонкостенных железобетонных и армоцементных конструкций;
выявлены способы повышения огнестойкости тонкостенных железобетонных конструкций;
разработаны и исследованы составы вермикулитобетонов и пенотуфо-бетонов для огнезащиты армоцементных конструкций в заводских условиях;
предложены и исследованы технологические решения, направленные на улучшение эксплуатационных свойств тепло-огнезащитных пенотуфобето-нов;
исследованы процессы формования огнезащитного слоя из вермику-литобетона и уплотнения мелкозернистой бетонной смеси армоцементного слоя на свежеотформоваином вермикулитобетонном слое вибропротяжными устройствами;
исследован процесс тепловой обработки двухслойных армоцементных конструкций;
исследована совместная работа бетонных слоев и огнестойкость однослойных и двухслойных армоцементных элементов;
разработаны алгоритм и программное обеспечение теплотехнического расчета предела огнестойкости двухслойных армоцементных конструкций;
- проведены производственные испытания тепло-огнезащитных
бетонов, технологии изготовления армоцементных конструкций с
огнезащитным слоем из вермикулитобетона.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность изготовления двухслойных армоцементных конструкций высокой огнестойкости.
Разработаны составы вермикулитобетона для огнезащиты армоцементных конструкций в заводских условиях.
Разработан и исследован новый материал - фибропенотуфобетон, обладающий улучшенными физико-механическими характеристиками при пониженном расходе цемента.
Предложены и исследованы способы приготовления пенобетонной смеси и тепловой обработки изделий, обеспечивающие повышение прочности и снижение усадочных деформаций фибропенотуфобетона.
Разработана и исследована технология формования армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из вермикулитобетона вибропротяжными устройствами.
Исследован процесс тепловой обработки армоцементных элементов со слоем вермикулитобетона способом контактного прогрева.
Исследована совместная работа конструктивного и огнезащитного слоев, огнестойкость однослойных и двухслойных армоцементных конструкций.
Разработаны алгоритм и программное обеспечение теплотехнического расчета предела огнестойкости двухслойных армоцементных конструкций.
Новизна разработок подтверждена патентами на изобретения.
Практическая значимость работы. Разработаны и исследованы составы вермикулитобетона и пеиотуфобетона для огнезащиты железобетонных конструкций в заводских условиях.
Разработаны составы фибропенотуфобетонов, способы приготовления смесей и тепловой обработки изделий, позволяющие получать легкие бетоны с улучшенными физико-механическими характеристиками.
Составлен технологический регламент на изготовление мелких стеновых блоков из фибропенотуфобетона.
Разработана и исследована технология изготовления армоцементных конструкций с тепло-огнезащитным слоем из вермикулитобетона.
Разработаны двухслойные армоцементные конструкции высокой огнестойкости.
Разработаны алгоритм и программное обеспечение теплотехнического расчета предела огнестойкости многослойных армоцементных конструкций.
Достоверность результатов исследований подтверждается значительным объемом проведенных экспериментов, использованием поверенного оборудования, а также современных методов исследований и обработки их ре-
зультатов; сходимостью теоретических и экспериментальных данных, адекватностью принятых математических моделей.
Реализация результатов работы. Технология изготовления армоце-ментных конструкций с огнезащитным слоем из вермикулитобетона прошла промышленную проверку при выпуске опытной партии двухслойных оболочек двоякой кривизны. Предложенный алгоритм и программное обеспечение теплотехнического расчета огнестойкости многослойных железобетонных конструкций и тепло-огнезащитные бетоны внедрены в ООО «Огнезащита» и в 000 «Агропроект» и используются при проектировании объектов промышленного, гражданского и сельскохозяйственного назначений.
Результаты исследований пенофибротуфобетонов прошли производственную проверку в 000 «Красное» и используются в 000 «Кровсервис» при производстве мелких стеновых блоков. На изготовление мелких стеновых блоков из фибропенотуфобетона составлен технологический регламент.
Издана учебно-методическая разработка «Технология современных композиционных бетонов и изделий». - Нальчик: Каб.-Балк. гос. ун-т, 2004. -67 с.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXIX научной конференции ЛИСИ (Ленинград, 1981), семинаре «Применение бетона и железобетона в строительстве» (Ленинград, ДНТП, 1981), семинаре «Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций» (Москва, ДНТП, 1982), совещании «Применение вермикулита в народном хозяйстве» (Ленинград, 1981), заседании секции конструкций Ленинградского областного правления НТО стройиндустрии СССР (Ленинград, 1983), семинарах по пространственным конструкциям ЛенЗНИИЭП (Ленинград, 1982, 1983), Республиканских научно-технических конференциях по проблемам строительства (Нальчик, 1984, 1986), 57-ой и 58-ой научно-технических конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2000, 2001), 56-й международной научно-технической
конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2000), Всероссийской научно-технической конференции по проблемам строительства (Нальчик, 2000), Международных научно-технических конференциях «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 2003, 2005), Всероссийских научно-технических конференциях «Наука, техника и технология нового века» (Нальчик, 2003, 2005), Международной научно-практической конференции «Строительство - 2006» (Ростов-на-Дону, 2006).
Публикации. Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, опубликованы в 38 работах, в том числе 1 монография и 1 учебно-методическая разработка.
Новизна решений подтверждена патентами на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа представлена на 304 страницах, содержит 62 рисунка, 61 таблицу, список использованных источников из 253 наименований и приложений с документами, подтверждающими внедрение результатов работы.
На защиту выносятся:
результаты исследований составов вермикулитобетона для огнезащиты армоцементных конструкций в заводских условиях;
результаты исследования свойств тепло-огнезащитной пенобетонной матрицы в зависимости от состава вяжущего вещества, крупности заполнителя и их количественного соотношения, а также влияние параметров дисперсного армирования на свойства фибропенотуфобетона;
результаты исследования совокупности технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на процессы структурообразо-вания и физико-механические характеристики фибропенотуфобетона;
технология изготовления армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из вермикулитобетона;
результаты исследований совместной работы бетонных слоев и огнестойкости однослойных и двухслойных армоцементных конструкций;
алгоритм и программное обеспечение теплотехнического расчета предела огнестойкости двухслойных армоцементных конструкций;
технико-экономические расчеты и результаты внедрения разработанных материалов и технологий.
Автор выражает глубокую признательность за научные консультации заслуженному изобретателю РФ, к.т.н. С.Н. Панарину, д.т.н., профессору
Ю.В. Пухаренко, д.т.н., профессору [В.В. Жукову
Огнестойкость тонкостенных железобетонных и армоцемент-ных конструкций и способы ее повышения
В последние годы все более широкое применение в строительстве находят тонкостенные железобетонные, армоцементные и фибробетонные конструкции. Несмотря на значительные успехи в разработке пространственных конструкций, внедрение их в практику строительства все еще недостаточно и составляет очень небольшой процент от тех объемов, где применение их чрезвычайно рационально. Одной из причин, сдерживающих внедрение тонкостенных пространственных конструкций, является их низкая огнестойкость.
Изучение отечественной и зарубежной литературы по вопросу огнестойкости железобетонных конструкций показывает, что пределы огнестойкости тонкостенных железобетонных и армоцементных пространственных конструкций, а также поведение их при пожаре еще мало изучены. Поэтому их применение для зданий повышенной пожарной опасности требует специальных исследований.
Предельное состояние конструкций по огнестойкости характеризуется: несущей способностью (R); теплоизолирующей способностью (/); целостностью () [159].
Известно, что для изгибаемых железобетонных конструкций несущая способность исчерпывается, как правило, при достижении растянутой арматурой критической температуры. Сопротивление горячекатаной арматуры классов A-I, А-П и арматурной проволоки (обыкновенной и высокопрочной) растяжению при кратковременном нафеве снижается, начиная со 100 С, при 400 С оно составляет 60 % сопротивления растяжению при температуре 20 С; для горячекатанной арматуры классов A—III, A-IV, A-V, Ат-IV, AT-V, AT-VI ЭТО соответственно температуры 200 С и 500 С [115, 116].
В сжатых железобетонных конструкциях потеря несущей способности происходит в результате снижения первоначальной прочности бетона. При температурах 300, 500, 700 С призменная прочность тяжелого бетона снижается соответственно до 80, 60 и 25 % в сравнении с первоначальной [130].
Для определения предела огнестойкости железобетонной конструкции по потере ею целостности при пожаре использовать расчетные методы в настоящее время практически невозможно. Поэтому основой нормирования предела огнестойкости железобетонных конструкций в этом случае пока остаются только экспериментальные исследования.
Тонкостенные железобетонные конструкции в значительной степени подвержены опасности хрупкого разрушения при воздействии повышенной температуры при пожаре [58, 129]. Хрупкое разрушение тонкостенных элементов железобетонных конструкций при нагреве может произойти вследствие потери устойчивости. Если бетон имеет значение критерия хрупкого разрушения F больше 4 или меньше 6, то минимальная толщина элементов конструкции принимает в зависимости от относительных сжимающих напряжений:
По данным [30] предел огнестойкости незащищенных снизу армоце-ментных покрытий толщиной 2 см равен 30 - 36 мин. Однако авторы не указывают характер армирования, толщину защитного слоя бетона для тканой сетки и стержневой арматуры, конструктивную форму покрытия, запас несущей способности, от которых в значительной степени зависит предел огнестойкости армоцементных конструкций.
Следовательно, тонкостенные железобетонные конструкции с толщиной стенки до 60 - 80 мм и армоцементные конструкции не удовлетворяют требованиям СНиП 21-01-97 для зданий I и II степени огнестойкости. Для уточнения этого положения автором проведены предварительные экспериментальные исследования для оценки огнестойкости армоцементных конструкций [151]. С этой целью были изготовлены плиты размером 600x500x20 мм; армировались они двумя слоями тканой сетки с размером ячейки 8x8 мм и диаметром проволоки 0,7 мм, стержневой арматурой диаметром 7 мм. Защитный слой бетона для тканой сетки составлял 4 ± 2 мм, для стержневой арматуры -8 мм, влажность бетона составляла 3-4 %. Результаты испытаний показали, что армоцементные плиты имели предел огнестойкости по признаку прогрева необогреваемой поверхности в среднем на 160 С всего 12-13 мин, а по прогреву стержневой арматуры до 500 С - 30 мин.
В настоящее время испытание строительных конструкций на огнестойкость осуществляется при стандартном температурном режиме пожара [193]. Температурный режим реального пожара может в значительной степени отличаться от стандартного [196, 232]. В этом случае предел огнестойкости железобетонных конструкций может в значительной степени снижаться в зависимости от температурного режима реального пожара. Например, для железобетонных колонн, имеющих фактический предел огнестойкости 2 и 2,5 ч, величины допустимой продолжительности пожара при различных температурных режимах приведены в табл. 1.3 [232].
Подбор составов вермикулитобетона для огнезащитного покрытия и изучение их основных физико-механических свойств
Предварительные исследования процесса формования вермикулитобе-тонных образцов на виброплощадках с различными параметрами вибрирования показали, что вибрационным способом можно получить вермикулитобе-тоны со средней плотностью не ниже 470 - 500 кг/м с обеспечением необходимого качества их укладки. Вермикулитобетоны со средней плотностью 470 - 500 кг/м и выше удовлетворяют поставленным задачам, так как при дальнейшем снижении средней плотности не повышаются огнезащитные свойства вермикулитобетона и не обеспечивается необходимая распалубочная прочность после тепловой обработки двухслойных армоцементных конструкций.
Влияние параметров вибрирования (амплитуды и частоты колебаний) на свойства вермикулитобетона были изучены на образцах, изготовленных на лабораторных виброплощадках с частотой колебания 100 и 50 Гц и амплиту дой - 0,25 и 0,35 мм. Подвижность вермикулитобетоннои смеси при формовании образцов изменялась от 3 до 8 см по погружению конуса СтройЦНИЛа.
Результаты испытания балочек 4x4x16 см на изгиб и сжатие показали, что прочностные характеристики мелкозернистого вермикулитобетона, изготовленного на вермикулите фракций 0+5 мм, остаются практически постоянными при изменении параметров вибрирования. Повышение прочностных характеристик вермикулитобетона на 8 - 15 % наблюдалось у составов 1:2, 1:3 (по объему) при формовании образцов вибрированием на виброплощадке с частотой колебаний 100 Гц и амплитудой - 0,25 мм из вермикулитобетоннои смеси с подвижностью 3 см (табл. 2.6).
При изменении подвижности вермикулитобетоннои смеси от 7 - 8 см до 3 - 4 см заметно повышаются прочностные характеристики вермикулитобетона составов 1:2, 1:3, 1:4 при одних и тех же параметрах вибрирования.
Изменение продолжительности вибрирования вермикулитобетоннои смеси с подвижностью 4 см от 30 до 60 с не оказывает заметного влияния на прочностные характеристики вермикулитобетона (табл. 2.6).
Следует отметить, что однородность вермикулитобетона в образцах, вибрированных с частотой колебаний 100 Гц при амплитуде - 0,25 мм, выше, чем с частотой колебания 50 Гц при амплитуде - 0,35 мм. Оседание цементного теста при перевибрировании с частотой колебаний 100 Гц меньше, чем с частотой - 50 Гц.
Технология формования вермикулитобетоннои смеси усложняется тем, что огнезащитный слой необходимо наносить незначительной толщины (15 -30 мм) из вермикулитобетона низкой средней плотности (500 - 750 кг/м ) на поверхности армоцементных конструкций сложного геометрического очертания.
Последующие исследования показали, что требованиям заводской технологии удовлетворяют вермикулитобетонные смеси состава 1:2, 1:3, 1:4 (по объему) с подвижностью 3 - 5 см по погружению конуса СтройЦНИЛа. Вместе с тем, эти составы требуют высокого расхода портландцемента и имеют относительно большую среднюю плотность. Кроме того, повышенная водопо-требность смеси обусловливает низкую распалубочную прочность и высокую остаточную влажность вермикулитобетона после тепловой обработки.
С целью снижения средней плотности легкого бетона и улучшения реологических свойств бетонной смеси были проведены многочисленные исследования, доказывающие возможность использования для этих целей большой гаммы поверхностно-активных добавок [29, 170, 185].
Исследования, проведенные ЛИСИ, показали положительное влияние воздухововлекающей добавки СНВ на прочностные характеристики вермику-литобетона.
В технологии жаростойких бетонов детальные исследования по изучению влияния добавки ЦНИПС на основные свойства вермикулитокерамзито-бетона проведены В.И. Краюхиным под руководством профессора К.Д. Некрасова [79]. Исследования показали эффективность ее применения в верми-кулитокерамзитобетоне для жаростойких конструкций.
ВНИИжелезобетоном и ЦНИИЛХИ разработана воздухововлекающая добавка СДО (смола древесная омыленная), отличающаяся повышенной воз-духоудерживающей способностью, хорошо обеспечивающая требуемый объем воздухововлечения не только после перемешивания, но и способная сохранять его в процессе транспортирования и укладки [50].
Применение воздухововлекающих добавок ПАВ для легких бетонов является наиболее целесообразным, так как добавки этого направления обладают полифункциональностью своего действия, то есть при определенных условиях они являются воздухововлекающими и пластифицирующими. Создание дополнительной пористости в массе бетона изменяет его структуру, уменьшает теплопроводность.
С целью снижения средней плотности вермикулитобетона, улучшения удобоукладываемости и предупреждения ее расслаиваемое было исследовано влияние воздухововлекающей добавки СДО.
Для приготовления вермикулитобетонных смесей применялась лопастная бетономешалка принудительного перемешивания. Вермикулит вводился в предварительно приготовленную смесь вяжущего вещества, воды и добавки СДО. Продолжительность перемешивания вермикулитобетонной смеси составляла 1,5-2 мин.
Тепловлажностная обработка изделий из фибропенотуфобетона
В настоящее время формование ячеистобетонных изделий производится по литьевой и вибрационной технологиям. В зависимости от способа по-ризации смеси эта операция выполняется по-разному. При газобетонной технологии ячеистобетонная смесь заливается в формы, где происходит ее вспучивание до необходимого значения средней плотности. При пенобетонной технологии смесь поризуется в процессе перемешивания раствора составляющих материалов с пеной, а затем заливается в формы. Дальнейшего изменения пористости практически не происходит. И в том, и в другом случае целью данного технологического этапа является получение свежеотформо-ванного изделия с оптимальной организацией пористости при заданной средней плотности.
В данной работе при разработке технологии фибропенотуфобетона за основу принят литьевой способ формования. Как известно, в этом случае на формуемость смесей в большей мере влияет их вязкость. Введение в ячеи-стобетонную смесь синтетических волокон повышает их связность. Так, исследования, выполненные Моргун Л.В., показывают, что в зависимости от содержания воды (В/Т = 0,7 ч- 0,5) и волокон (/л = 1 ч-3 % по массе) предельное напряжение сдвига фибропенобетонных смесей увеличивается на 20ч-75 % по сравнению с неармированными смесями [122]. Указанные исследования проводились применительно к смесям для изготовления конструктивных пенобетонов. Исследования, выполненные Пухаренко Ю.В., свидетельствуют о том, что в менее плотных смесях эффект повышения связности при дисперсном армировании заметно снижается [166].
Незначительное снижение текучести раствора в результате введения капроновых фибр указывает на то, что формование теплоизоляционно-конструкционных изделий из ФПТБ литьевым способом возможно без разработки каких-либо специальных приемов.
Тепловлажностная обработка изделий является одним из важных этапов в технологии не только ячеистых бетонов, но и любых других цементо-содержащих материалов. В данной работе применялась тепловая обработка в пропарочной камере при температуре 80 С. По сравнению с автоклавной технологией, традиционно используемой для твердения ячеистых бетонов, эта технология обладает рядом преимуществ: - отпадает потребность в дорогостоящих автоклавах и котлах высокого давления; - не требуется помола кремнеземистого компонента; - появляется возможность использования синтетических волокон в качестве дисперсной арматуры, которая «сгорает» или «растворяется» в автоклавах; - сокращаются общие энергозатраты; - появляется возможность организации производства ячеистобетонных изделий на базе существующих заводов ЖБИ.
Вместе с тем безавтоклавная технология имеет и свои недостатки, одним из которых является высокая влажность фибропенобетона после пропа-ривания (в зависимости от вида заполнителя 20 - 45 %). Следствием этого является значительная усадка материала при высыхании, что приводит к появлению трещин. Иногда изделия, соответствующие по прочности заданным требованиям, оказываются непригодными к применению, так как через некоторое время после тепловой обработки в них появляются и развиваются трещины в результате усадки бетона. Подобные случаи имели место при производстве мелких стеновых блоков из пенобетона на промбазе ЗАО СМУ «ЭЛЕКТРОНСТРОЙ» в Санкт-Петербурге. Пенобетонные блоки производились по следующей технологии. В роторном бетоносмесителе смешивались вода и сухие компоненты. Туда же подавалась пена из пеногенератора, и производилось приготовление пенобетонной смеси, которая бетононасосом разливалась по термоформам. После 18 часов предварительной выдержки в паровые рубашки форм подавался пар, и в течение 5 часов происходил подъем температуры до 70 С. Время изотермического прогрева составляло 4 часа, после чего прекращалась подача пара. Готовые блоки вынимались из форм после естественного охлаждения. Остаточная влажность изделий составляла 28 -30 %.
С целью снижения влажности изделий был проведен ряд экспериментов, в результате которых был предложен следующий способ тепловой обработки. В течение 2 часов осуществляется подъем температуры до 80 С, изотермическая выдержка при этой температуре - в течение 8 ч. Затем подача пара прекращается, и дальнейшая тепловая обработка проходит в среде подаваемого горячего воздуха, что приводит к удалению влаги. По своему воздействию этот прием подобен вакуумавтоклавизации в технологии автоклавных ячеистых бетонов, когда после запарки материала в автоклаве создается разрежение, в результате чего снижается остаточная влажность материала. В образцах, вырезанных из изделий, прошедших такую тепловую обработку, определялись прочность при сжатии, остаточная влажность и усадка при высыхании в естественных условиях. Результаты испытаний, представленные на рисунке 3.2, свидетельствуют о значительном снижении остаточной влажности и усадки при высыхании после включения в процесс тепловой обработки этапа сухого прогрева.
Изучение влияния технологических режимов изготовления на сцепление бетонных слоев и совместную работу огнезащитного слоя с армоцементным слоем
Одним из важнейших факторов, обуславливающих надежность работы двухслойных армоцементных конструкций, является сцепление огнезащитного слоя с конструктивным бетоном. Это обстоятельство объясняет необходимость тщательного изучения совместной работы таких слоев.
Влияние технологических режимов изготовления двухслойных армоцементных элементов на сцепление бетонных слоев и их совместную работу исследовалось проведением экспериментов при различных нагрузках (транс- портные, монтажные, эксплуатационные и другие).
Сцепление бетонных слоев изучалось методом отрыва штампа размером 7x7 см от образцов. Штампы приклеивали к образцам смесью эпоксидного клея с портландцементом. Образцы изготавливались на лабораторной установке вибропротяжным устройством при различной продолжительности выдержки вермикулитобетонного слоя перед формованием армоцементного. Применялся вермикулитобетон состава 1:3 (по объему), мелкозернистый бетон-состава 1:2,5. В каждой серии испытывалось по четыре образца.
Экспериментально определено влияние продолжительности выдержки вермикулитобетонного слоя перед формованием армоцементного на прочность сцепления бетонных слоев: Продолжительность выдержки вермикулитобетонного слоя,мин 0-8 15-20 40-45 60-65 90-95 120-125
Из результатов испытаний следует, что при формовании армоцементного слоя на вермикулитобетонном при выдержке последнего в течение 90 -95 мин прочность сцепления слоев не снижается по отношению к образцам, отформованным без выдержки вермикулитобетонного слоя. Снижение прочности сцепления слоев наблюдается при формовании армоцементного слоя на вермикулитобетонном после выдержки в течение 120-125 мин.
Разрыв двухслойных образцов при испытании на отрыв методом штампа происходит по вермикулитобетонному слою при выдержке вермикулитобетонного слоя в течение 90 - 95 мин перед формованием армоцементного слоя (рис. 5.1). При выдержке вермикулитобетонного слоя в течение 120 -125 мин перед формованием армоцементного разрыв двухслойных образцов происходит по границе слоев. Разрыв двухслойных образцов с пенотуфобе-тонным слоем также происходит по пенотуфобетону.
Изменение жесткости мелкозернистой бетонной смеси не оказывает заметного влияния на прочность сцепления бетонных слоев.
Исследовалось влияние попеременного замораживания и опаивания на прочность сцепления бетонных слоев. После 20 - 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания прочность сцепления слоев в образцах, изготовленных формованием армоцементного слоя на вермикулитобетонном поеле предварительной выдержки его в течение 40 - 60 мин, не снижалась и равнялась 0,27 и 0,25 МПа соответственно. Поверхность вермикулитобетон-ного слоя не имела шелушений и отслоений. После 30-35 циклов попеременного замораживания и оттаивания поверхность вермикулитобетонного слоя имеет отслоения. Армоцементные образцы с пенотуфобетоном то же выдержали 30 - 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания без снижения прочности сцепления слоев.
Для предварительной оценки влияния транспортных нагрузок на сцепление бетонных слоев испытывались двухслойные образцы размерами 40x30x4 см встряхиванием на виброплощадке (А = 0,35 мм, п = 50 Гц). Транспортабельность двухслойных элементов оценивали по потере веса, по образованию трещин и наличию отслоений вермикулитобетона и пенотуфо-бетона(рис. 5.2).
Схемы испытаний двухслойных образцов встряхиванием на виброплощадке: 1 - армоцементный слой; 2 - вермикулитобетонный (пенотуфобетонный) слой; 3 - подкладки; 4 - крепёжное устройство; 5 - виброплощадка
Во время испытаний двухслойных образцов в течение 120 мин не наблюдалось потери в весе, образования трещин, отслоения вермикулитобетона и пенотуфобетона.
Совместную работу бетонных слоев армоцементних элементов на растяжение при изгибе изучали на образцах размером 100x400 мм с различной толщиной вермикулитобетонного слоя по ГОСТ 8829-94. Испытания образцов проводили по схеме чистого изгиба. Изгиб двухслойных образцов с расположением вермикулитобетонного слоя в растянутой зоне является одним из неблагоприятных условий статического загружения таких элементов и служит надежным критерием оценки совместной работы слоев. Испытанием на изгиб оценивалось также влияние вермикулитобетонного слоя на прочность, жесткость и трещиностойкость изгибаемых элементов.
Загружение образцов осуществляли через специальное приспособление штучными грузами. Для наблюдения за деформациями, перемещениями и процессом трещинообразования использовались: датчики сопротивления с базой 50 мм; индикаторы часового типа; микроскоп МПБ-2 с 24-кратным увеличением, ценой деления 0,05 мм.
Для исследования процесса трещинообразования в изгибаемых армо-цементных элементах с огнезащитным слоем из вермикулитобетона и изучения надежности сцепления между слоями при изгибе были изготовлены плиты размером 2000x500 мм на лабораторной установке. Приформовывание вермикулитобетонного слоя производили снизу или сверху армоцементного слоя. Для испытания на изгиб изготовленные плиты разрезались на пластины размерами 400 100 мм. Зона перемешивания между слоями составляла 2-3 мм.
