Аэрированные легкие бетоны и растворы с пористыми заполнителями и их применение в производстве стеновых камней и плит перегородок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Коломиец, Иван Васильевич

• Коломиец, Иван Васильевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Коломиец, Иван Васильевич

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Конструктивно-теплоизоляционные легкие бетоны и изделия на их основе.

1.1.1. Неавтоклавные ячеистые бетоны и изделия из них.

1.1.2. Легкие бетоны на минеральных пористых заполнителях и изделия из них.20.

1.2. Аэрированные лёгкие бетоны и растворы.

1.3. Легкие бетоны на пористых органических заполнителях и изделия ф из них.

1.4. Стеновые камни и блоки из легких бетонов

1.5. Плиты перегородок из легких бетонов.

1.6. Легкие сухие кладочные смеси (ЛСКС) и их особенности.

Выводы по главе 1 и задачи исследования.

Глава 2. Методика проведения экспериментов и характеристика материалов, использовавшихся в работе.

2.1. Методика проведения и планирования экспериментов.

2.1.1. Сравнение методик определения подвижности АЛБ-смеси, усадочных деформаций при твердении.

2.2. Характеристика и исследование свойств материалов, использовавшихся в работе.

2.2.1. Пористые заполнители: вспученный перлит и вермикулит, хвойные опилки, отходы пенополистирола.

2.2.2. Песок природный.

2.2.3. Вяжущие вещества и минеральные добавки.

2.2.4. Воздухововлекающие и пластифицирующие поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Глава 3. Исследование аэрированных легких бетонов и растворов на основе пористых заполнителей для производства стеновых камней, плит перегородок и легких сухих кладочных смесей.

3.1. Расчет, подбор составов и свойства аэрированных легких бетонов (АЛБ) на пористых заполнителях.

3.2. Факторы, влияющие на скорость изменения пластической прочности АЛБ-смесей на хвойных опилках.

3.3. Влияние добавки жидкого стекла на набор пластической прочности АЛБ-смеси и механическую прочность АЛБ.

3.4. Подбор составов и свойства легких сухих кладочных смесей (ЛСКС) на основе вспученного перлита и вермикулита.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование особенностей изготовления стеновых камней и плит перегородок из АЛБ с применением пористых заполнителей, технико-экономические расчеты.

4.1. Разработка технологического регламента производства стеновых камней из АЛБ.

4.1.1. Технологические характеристики стеновых камней из аэрированного легкого бетона.

4.1.2. Характеристики исходных материалов и подбор состава АЛБ.

4.1.3. Технологическая схема производства стеновых камней из аэрированного бетона (СКАБ) с пористым заполнителем.

4.1.4. Расчет мощности опытного цеха СКАБ и потребности в сырье и материалах.

4.1.5. Технологический процесс производства (СКАБ) на пористых заполнителях и разработка формооснастки.

4.2. Особенности производства плит перегородок из АЛБ на пористых заполнителях.

4.3. Алгоритм построения оптимальной структуры производства изделий из аэрированных легких бетонов на пористых заполнителях.

4.4. Расчет экономической эффективности работы опытного цеха СКАБ

4.4.1. Анализ технологического процесса производства СКАБ.

4.4.2. Потребность в сырье, материалах, электроэнергии и рабочей силе.

4.4.3. Экономическая эффективность производства СКАБ.

4.5. Экономическая эффективность производства плит перегородок.

4.6. Определение ориентировочной цены легких сухих кладочных смесей на основе вспученного перлита и вермикулита.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аэрированные легкие бетоны и растворы с пористыми заполнителями и их применение в производстве стеновых камней и плит перегородок»

Актуальность темы диссертационного исследования

Концепция развития приоритетных направлений промышленности строительных материалов и стройиндустрии на 2001-2005 годы", разработанная на основе прогнозов Госстроя России по темпам роста объемов жилищного строительства и расчетов Минэкономразвития страны по объемам инвестиций в основной капитал за счет всех источников финансирования, призвана создать условия для реализации целей и задач, намеченных Федеральной целевой программой «Жилище» [64].

За годы реформ в промышленности строительных материалов практически ликвидирована монополия государства на собственность. Частные и находящиеся в смешанной собственности предприятия производят 89% продукции. По состоянию на 2000 г. около 7,5 тыс. предприятий относятся к сфере малого бизнеса. Основную долю продукции, производимую малыми предприятиями, составляют стеновые материалы, при этом, как отмечается в "Концепции развития" по данному виду продукции имеется незначительный импорт.

Несмотря на то, что государственная поддержка из федерального бюджета носит локальный характер, в ряде регионов в короткие сроки созданы за счет привлечения частного, в том числе иностранного капитала, предприятия по выпуску современных эффективных стеновых строительных материалов: многопустотного кирпича и керамических камней, изделий из ячеистого бетона. Ежегодный прирост выпуска продукции за последние годы (1999-2001) составил 10% в год. В структуре потребления стеновых конструкций, конструктивно-теплоизоляционных материалов (на примере Санкт-Петербурга и Ленинградской области) первое место занимают эффективный керамический кирпич и стеновые камни, а также газобетонные изделия автоклавного синтеза.

В связи с ростом объемов жилищного строительства, в том числе малоэтажных односемейных зданий усадебного типа, все острее стоит вопрос дефицита местных стеновых материалов. Имеется устойчивая тенденция повышенного спроса на конструктивно-теплоизоляционные изделия из ячеистого бетона, прежде всего автоклавного газобетона. Отсутствие необходимых объемов производства этого материала заставляет потребителя покупать его в Белоруссии, Финляндии, странах Балтии. Это вызывает повышение транспортных расходов. Строительство новых цехов по производству автоклавного газобетона, сдерживается высокими капитальными затратами и энергоёмкостью производства.

В настоящее время научно-технический прогресс в отечественной промышленности строительных материалов зачастую основывается на зарубежных научно-технических разработках и закупках импортного технологического оборудования. В то же время имеются оригинальные отечественные разработки в области производства, как правило, местных строительных материалов и соответствующее технологическое оборудование.

Непосредственным поводом к выбору темы диссертации послужили возрастающие противоречия: а) между значительным объемом побочных продуктов промышленного производства (в нашем случае хвойные опилки, отходы пенополистирола) и незначительным объемом их утилизации; в) между возрастающей потребностью населения в использовании относительно дешевых местных стеновых материалов хорошего качества и низкой покупательной способностью средних и бедных слоев населения; с) между огромным количеством садоводческих участков (только по Санкт-Петербургу и Ленинградской области более 500 тыс.) и малым числом современных, долговечных, красивых построек: коттеджей, усадебных домов, хозяйственных блоков.

Результаты практического внедрения работы в перспективе - организация массового производства эффективных стеновых камней и плит перегородок для малоэтажного строительства. По нашему мнению, создание небольших цехов мощностью 5-10 тыс. м на отечественном оборудовании по производству стеновых камней и плит перегородок из аэрированного легкого бетона на основе местных материалов, является одним из эффективных технико-экономических решений данной проблемы.

Актуальность темы данной работы определяется также современными требованиями по повышению теплозащитных свойств наружных ограждений жилых домов согласно Изменения № 3 СНиП 11-3-79** «Строительная теплотехника» [93]. Поэтому оправданы исследования легких сухих смесей на пористых заполнителях с целью их использования в "кладочных растворах, снижения материалоемкости и теплопотерь ограждений.

Диссертационная работа выполнена в порядке частной инициативы соискателя кафедры «Строительные материалы» СПбГАСУ, по хоздоговорам с Испытательным центром (ИЦ) СПбГАСУ, ЗАО «Победа-Кнауф», ООО «Магистраль — ООО Петроперлит», по договорам сотрудничества СПбГАСУ -ЗОО «Строймонтаж», ООО «Стройсервис» — СПбГАСУ, ООО «Магистраль» -СПбГАСУ, ООО «Магистраль» — ООО «СКАБ» в рамках федеральной целевой программы «Жилище».

Цель и задачи работы:

1. Разработать составы аэрированных легких бетонов (АЛБ) со средней плотностью р = 800-1200 кг/м3 с использованием местных побочных продуктов промышленного производства: хвойных опилок ДОЗ и отходов пенополистирола (1111С), а также вспученного перлита и вермикулита. Оценить физико-механические свойства АЛБ.

2. Разработать составы и исследовать свойства легких сухих кладочных смесей (ЛСКС) на основе вспученного перлита и вермикулита.

3. Разработать технологию производства стеновых камней и плит перегородок из АЛБ с применением хвойных опилок и отходов ППС.

4. Пустить в строй действующий экспериментальный цех мощностью N = <2

5000 м /год стеновых камней из аэрированного бетона (СКАБ) по агрегатно-поточной технологии с отработкой оптимальных режимов работы цеха.

5. Провести экспериментальные заводские исследования СКАБ, изготовленных методом пластического формования с применением разъемных форм (металлический поддон + съемная металлическая рамка).

6. Разработать проект Технических условий «Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона» и технологический регламент их производства.

7. Рассчитать калькуляцию расходов на производство СКАБ, сделать технико-экономические расчеты эффективности СКАБ и JICKC.

Объект исследования: пористые заполнители для аэрированных легких бетонов; составы АЛБ и изделия на его основе; средства технологической оснастки цеха по производству стеновых камней и плит перегородок; технологический режим на этапах производства вышеупомянутых изделий.

Предмет исследования: подбор составов, изучение свойств аэрированных легких бетонов и сухих кладочных строительных растворов на основе легких пористых заполнителей; разработка технологии и организации работы цеха по производству стеновых камней и перегородок из АЛБ.

Методика исследований: Системный и многофакторный экспертный анализ (проработка литературных данных, составление методических карт испытаний), теоретические и экспериментальные исследования технических и технологических свойств АЛБ-смесей; теоретическое и экспериментальное обоснование технологических режимов изготовления и применения АЛБ-смесей в производстве изделий, моделирование технологических процессов, математическая статистика.

Достоверность результатов исследований подтверждается количеством проведенных экспериментов, использованием стандартных методик и поверенного оборудования, применением современных методов исследований, сходимостью результатов испытаний в лабораторных и производственных условиях.

Научная новизна. Предложен и исследован аэрированный легкий бетон с ро = 800-1200 кг/см3, В-3,5 ч- В-7,5 использованием хвойных опилок и отходов пенополистирола, портландцемента, природного немолотого мелкозернистого песка, воды и воздухововлекающей добавки для производства стеновых камней и плит перегородок.

Разработана агрегатно-поточная технология производства СКАБ с применением скоростного аэросмесителя со съемными рамками форм-поддонов без применения пропаривания изделий. Подана заявка на изобретение.

Разработаны составы и исследованы свойства сухих строительных смесей (ССС) для легких («теплых») кладочных растворов на основе вспученного перлита и вермикулита.

Разработана методика расчета и подбора состава аэрированных легких бетонов с использованием легких пористых заполнителей.

Исследованы свойства аэрированных легких бетоны и растворов с использованием местных пористых заполнителей. Проведен сравнительный анализ технических характеристик аэрированных легких бетонов с применением хвойных опилок, отходов пенополистирола, вспученного перлита и вермикулита.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработаны составы, исследованы свойства аэрированных легких бетонов с использованием пористых заполнителей хвойных опилок и отходов пенополистирола для изготовления изделий из них. Подобрано оборудование, разработаны чертежи лопастей аэросмесителя, формооснастки, бункеров-дозаторов, отработана технология производства стеновых камней и плит перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях. Построен цех по производству изделий из АЛБ производительностью 5000 м3/год.

Разработаны Технические условия «Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях», технологический регламент на их производство.

Изделия, изготовленные по технологии, разработанной автором, реализуются на объектах строительства ООО «Стройсервис», ООО «Магистраль», в жилых домах ООО «Строймонтаж», при строительстве коттеджей, хозблоков в Ленинградской области.

По технологии, разработанной автором, работают цеха в г. Луге (ООО «СКАБ»), Рыбацком (ООО «Стройсервис»). Легкие сухие строительные смеси на основе вспученного перлита внедрены на объектах ЗАО "Стройимпульс".

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Результаты исследования составов, свойств легких аэрированных растворов с использованием пористых заполнителей: хвойных опилок, отходов пенополистирола.

2. Результаты исследования составов, свойств сухих строительных смесей (ССС) — легких кладочных растворов с применением вспученного перлита и вермикулита.

3. Методика расчета и подбора состава аэрированных легких бетонов на основе пористых заполнителей.

4. Технология производства стеновых камней и плит перегородок из аэрированного легкого бетона на основе пористых заполнителей.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Юбилейной международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию кафедры «Строительные материалы» СПбГАСУ (30-31 мая 2000); международной научно-практической конференции «Реконструкция-Санкт-Петербург» (1-3 октября 2002); международных конференциях «Batimix» -«Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес» (11-13 сентября 2002 и 2003 гг.); на 57, 58, 59 научных конференциях СПбГАСУ, конференциях молодых ученых СПбГАСУ 2000-2003 гг.

Публикации. По результатам работы опубликованы 8 статей, подана заявка на изобретение, подготовлен один нормативный документ — Технические условия (см. приложение 1). Автор принял участие в выпуске материалов мультимедийного учебно-информационного издания CD-ROM «Путеводитель по строительным материалам» № 2, СП6ГАСУ-000 «Спаеро», 2002 г. (раздел «Стеновые материалы») [43].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Коломиец, Иван Васильевич

Общие выводы

1. Разработаны составы и технология производства аэрированных легких бетонов и растворов с использованием мелкозернистых пористых заполнителей - хвойных опилок, отходов ППС, вспученного перлита и вермикулита.

2. Составлены методические карты, проведены испытания вяжущих, заполнителей, а также специальных добавок — исходных материалов для производства конструктивно-теплоизоляционных аэрированных лёгких бетонов (АЛБ) и лёгких сухих кладочных смесей (ЛСКС).

Проведены исследования по определению характеристик пористых заполнителей: средней плотности, пористости, теплопроводности, водопоглощения.

3. Предложена и разработана методика расчета и подбора составов АЛБ по способу "поровых объёмов", что позволило минимизировать операции по подбору оптимальных составов для промышленного производства. Разработанная методика позволила перейти к более рациональному способу расчета составов этих бетонов по сравнению с применявшимся ранее методом последовательных приближений.

4. Впервые разработаны составы и исследованы свойства АЛБ с применением хвойных опилок для производства стеновых камней. Получены материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 6133-99 "Камни бетонные стеновые", ГОСТ 25820-2000 "Бетоны лёгкие. Технические условия". Их основные характеристики:

- средняя плотность р0 = 800-1200 кг/м3;

- предел прочности при сжатии = 5,0-10,0 МПа (класс АЛБ — В3,5-В7,5);

- теплопроводность X = 0,25-0,33 Вт/(м-К);

- сорбционная влажность W б = 6-8 %;

- морозостойкость F = 25-35 циклов.

Средняя плотность и прочность АЛБ могут регулироваться следующими факторами: расходом воды, типом и расходом вяжущего, насыпной плотностью пористого заполнителя и его количеством, видом и количеством ПАВ, типом и режимом работы смесительной установки.

5. Подобраны составы и определены технические характеристики АЛБ с использованием отходов пенополистирола, а также смеси ППС с хвойными опилками. Составы со средней плотностью с0 = 800-1000 кг/м3 предназначены для производства плит межкомнатных перегородок.

6. Исследованы лёгкие сухие кладочные смеси, предназначенные для получения растворов В-3,5 — В-7,5, pQ = 1000-1300 кг/м^, X = 0,280,32 Вт/(м-К). Эти материалы отвечают требованиям ГОСТ 28013-98, предъявляемые к лёгким кладочным растворам. Они готовятся с применением в основном местных материалов: морского песка, портландцемента, извести-пушонки, вспученных перлита и вермикулита, воздухововлекающих и пластифицирующих добавок (сульфонола и лигносульфоната).

7. Разработана технологическая схема производства СКАБ с применением хвойных опилок и других пористых заполнителей по агрегатно-поточной технологии; пущен в эксплуатацию опытный цех СКАБ производительностью 5,1 тыс. м3 изделий в год.

Спроектировано нестандартное оборудование цеха СКАБ: самоходный скоростной аэросмеситель турбулентного типа с оригинальной системой лопастей, оборудованный автоматическим дозатором воды, пневмозатвором и лотком для подачи АЛБ-смеси на место формовки изделий; специальная формооснастка со съёмными рамками. При этом расход металла снижен вдвое по сравнению с традиционно используемыми формами с разборными стенками.

Разработаны технические условия на "Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированных лёгких бетонов с применением пористых заполнителей" (ТУ 5741-001-02068580-02), технологический регламент работы опытного цеха, алгоритм построения оптимальной структуры технологии производства изделий из АЛБ.

8. Технико-экономические расчеты показали, что при годовой программе цеха 5100 м3 изделий в год окупаемость составляет 1,83 года при уровне рентабельности 23,07 %. Отпускная цена изделия ниже цены изделий из ячеистого бетона или керамзитобетона.

Предварительные расчёты показали, что плиты перегородок с pQ = = 800кг/м^, выполненные из АЛБ-смесей с использованием хвойных опилок и отходов пенополистирола, могут быть конкурентоспособными в сравнении с аналогами (плиты из автоклавного пенобетона и гипсобетона).

Расчёт отпускных цен разработанных лёгких сухих кладочных смесей с использованием вспученного перлита или вспученного вермикулита с насыпной плотностью pq = 1200 кг/м^ показал, что они ниже стоимости сухой смеси кладочного раствора "Плитонит-кг".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Коломиец, Иван Васильевич, 2003 год

1. А. С. 802230. «Строительный раствор» / Пожнин А. П., Тихонов Ю. М., Чистяков Б. 3., Томашевич П.Ф., Веселов В.Г./ Б. И. 5. 1981.

2. А. С. 876586 «Способ приготовления строительного раствора»/ Боженов П. И., Тихонов Ю. М., Аубакирова И. У., Куршев В. Ч. / Б. И. 40. 1981.

3. А. С. 1353761 «Сырьевые смеси для приготовления пенобетона»/ Шкирько Н. В. и др. / Б. И. 43. 1987.

4. А. С. 4939644 «Сырьевая смесь для изготовления лёгкого бетона / Архипов В. В., Макбузов А. С., Никонова Н. С., Тихомирова Н. Н., Митошин В. В. / П. И. 1992.

5. Акчабаев А. А. Основы прогрессивной технологии прессуемого арболита. СПб.: СПб ГАСУ/ Автореферат докторской диссертации. — СПб., 1992.41 с.

6. Архипов В. В., Макбузов А. С. Лёгкие аэрированные бетоны на основе вермикулита. Строительство трубопроводов. М.: Наука, 1991. — С. 26.

7. Аубакирова И. У. Аэрированные растворы с высокопористыми заполнителями для полов и специальной теплоизоляции. Автореферат кандидатской диссертации: — Л. ЛИСИ, 1989. 22 с.

8. Аубакирова И. У., Макбузов А. С., Тихонов Ю. М. Формирование поровой структуры аэрированных бетонов. Труды Всесоюзной конференции «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии», Белгород, 1991. С. 10-12.

9. Аубакирова И. У., Платонова Н. М., Тихонов Ю. М. Стеновые камни из аэрированного лёгкого бетона с использованием бумажного наполнителя. Жилищное строительство, М. № 8, 1996.

10. Афанасьев В. А., Мангушев Р. А. Методические рекомендации по подготовке и защите кандидатских диссертаций. — СПбГАСУ. 2003.-42 с.

11. Ахназарова С. Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. — М.: Высшая школа, 1985, — 327 с.

12. Ахтямов Р. Я. Применение вспученного вермикулита в технологии производства специальных видов сухих строительных смесей. — Строительные материалы, № 4, 2001.

13. Бадьин Г. М., Заренков В. А., Иноземцев В. К. Справочник строителя-ремонтника. М.: АСВ, 2000. - С. 218-226.

14. Баженов Ю. М., Шубенкин П. Ф., Дворкин Л. И. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1986. С. 39-41.

15. Балятинская Л. Н. Свергузова С. В. Предотвращение биоповреждений строительных материалов с органическими наполнителями. — Строительные материалы, № 3, 1994.

16. Баранов А. Т. Основы формирования структуры ячеистых бетонов автоклавного твердения. /Автореферат докторской диссертации. — М. 1981 -47 с.

17. Боженов П. И., Крашенинников А. И. Автоклавный пенобетон. JI. — Стройиздат. 1960. 123 с.

18. Бочкин В. С., Селяев В. П., Соломатов В. И. Получение пенобетонов по интенсивной технологии / В кн.: Резервы производства строительных материалов. Ч. 2. АГПУ, Барнаул, 1997. - С. 78-79.

19. Брюшков А. А. Газо- пенобетон. М.: Стройиздат, 1931. С. 25-28.

20. Бужевич Г. А. Лёгкий бетон на пористых заполнителях. — М.: Стройиздат, 1970. 125 с.

21. Бужевич Г. А., Довжик В. Г. Поризованный керамзитбетон. — М.: Стройиздат, 1969. 225 с.

22. Булкина Г. X. Экономическая эффективность производства и применения вспученного перлита в строительстве. — М.: Стройиздат, 1987. — 96 с.

23. Бурлаков Г.С. Технология изделий из легкого бетона. М.: Высшая школа, 1986. - 296 с.

24. Вайцкелёнис Г. Влияние активных минеральных добавок на свойства опилкобетона. / Автореферат кандидатской диссертации. — СПб.: ЛТА, 1997.21 с.

25. Виноградов Б. Н. Влияние заполнителей на свойства бетона. М. Стойиздат. 1980. 135 с.

26. Временные технические условия по изготовлению, транспортировке и укладке гипсовых перегородочных плит с пазогребневым соединением по контуру. ВТУ ВПЭКТИ, Ереван, 1984. 48 с.

27. Герус Н. П. Производство перлита и вермикулита в мире. — М.: ВНИИЭСМ, 1987. 48 с.

28. Гладких К. В. Изделия из ячеистых бетонов на основе шлаков и золы. — М.: Стройиздат, 1976. 86 с.

29. Глазырин К. В. Кудяков А. И., Зомбек П. В., Душенин Н. П. Пенобетон для монолитного домостроения с несъемной опалубкой из материалов с различной плотностью. / В кн.: Резервы производства строительных материалов. Ч. 2. АГПУ, Барнаул, 1997. - С. 77.

30. Горлов Ю. П. Лабораторный практикум по технологии теплоизоляционных материалов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 181— 183.

31. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы. — М.: Стройиздат, 1986.-С. 181-183.

32. Горяйнов К. Э. и др. Технология минеральных теплоизоляционных материалов и лёгких бетонов. — М.: Стройиздат, 1961. 426 с.

33. Грушевский А. Е., Балдин В. П., Веселоватская Е. В., Синянский В. И. Поризованные блоки из ГЦПВ для малоэтажного строительства. — Строительные материалы, № 5, 1996. — С. 12-13.34,35,3637,38,39,40,41,42,43,44,45,46