Газобетон для монолитных ограждающих конструкций с вариатропной поровой структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Булавин, Виктор Анатольевич

• Булавин, Виктор Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Булавин, Виктор Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОНОЛИТНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТ-РУЦИЙ.

1.1. Монолитные ограждающие конструкции, их производство и проблемы

1.2. Выбор базового вида ячеистого бетона как эффективного материала для монолитных ограждающих конструкций.

1.3. Возможность использования местных сырьевых материалов для газобетона как базового вида ячеистых бетонов.

1.3.1. Наполнители на основе отходов ТЭС и отходов дробления горных пород.

1.3.2. Использование вторичных ресурсов химических производств в качестве компонента алюминиевой суспензии.

1.4. Эффективность разработки монолитных ограждающих конструкций с переменной плотностью по сечению.

1.5. Стандартные опалубочные системы для монолитных ограждающих конструкций и их недостатки.

1.6. Особенности существующих установок для формования монолитных конструкций.:.

1.7. Выводы. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ, ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ И ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

2.1. Подготовка и нормативное обеспечение экспериментальных исследований.

2.2. Характеристики исходных материалов.

2.3. Программа экспериментальных исследований.

2.4. Методика изготовления опытных образцов.

2.5. Методика испытания опытных образцов на прочность и морозостойкость.

2.6. Анализ и статистическая обработка результатов опытов методами теории математического планирования эксперимента.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ФОРМОВАНИЯ ВАРИАТРОПНОЙ ПОРО-ВОЙ СТРУКТУРЫ ГАЗОБЕТОНА.

3.1. Теоретические основы формования газобетона переменной плотности по сечению.

3.2. Расчет термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции из газобетона с вариатропной поровой структурой в сравнении с существующими.

3.3. Исследование влияния рецептурно - технологических факторов на физико-механические прочностные и деформативные характеристики газобетона различной плотности.

3.4. Оптимизация составов газобетонной смеси для газобетонов плотностью 400 и 800 кг/м3.

3.5. Исследования способа формования монолитных конструкций из вариа-тропного газобетона.

3.6. Диаграмма «напряжение - деформация» газобетона и предложения по ее аналитическому описанию.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ПО СЕЧЕНИЮ.

4.1. Технологическая схема производства газобетонной смеси раздельным способом.

4.2. Основные элементы технологической схемы.

4.3. Основные способы смешения компонентов.

4.3.1. Анализ способов смешивания компонентов.

4.3.2. Исследование влияния способа перемешивания компонентов на однородность газобетонной смеси в монолитных конструкциях.

4.4. Подбор и предложение рациональных способов приготовления, перемешивания и транспортирования жидких компонентов газобетонной смеси.

4.4.1. Приготовление алюминиевой суспензии.

4.4.2. Сравнительная оценка предложенного способа приготовления консолидированной газобетонной смеси и его преимущества перед существующими

4.5. Разработка оригинальной опалубочной системы для изготовления газобетонных конструкций переменной плотности по сечению с применением нового способа приготовления консолидированной газобетонной смеси

4.6. Новая опалубочная система и особенности ее конструктивных элементов

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.

4.8. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ

5.1 Технические преимущества разработанного способа возведения стеновых ограждающих конструкций.

5.2 Технико-экономическое сравнение предложенной новой опалубочной системы с традиционно применяемыми опалубками.

5.3. Сравнительная стоимость затрат на возведение ограждающих конструкций из газобетона и керамзитобетона.

5.3. Оценка эффективности технических показателей ограждающих конструкций из газобетона по сравнению с керамзитобетоном.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Газобетон для монолитных ограждающих конструкций с вариатропной поровой структурой»

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 II-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 же 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 звукоизоляционные характеристики возможно за счет формирования вариатропной 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 вариатропной поровой структуры газобетона для монолитных ограждающих конструкций, обеспечивающей требуемую несущую способность и высокое термосопротивление.

Для достижения поставленной цели в работе последовательно решены следующие 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 щ 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. щ - 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 е.).

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

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Булавин, Виктор Анатольевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен к использованию в монолитных ограждающих конструкциях газобетон с вариатропнй поровой структурой позволяющий повысить теплотехнические показатели при обеспечении заданной несущей способности и минимальной толщины ограждающей конструкции.

2. Применен новый способ приготовления консолидированной газобетонной смеси, отличающийся от традиционных: раздельным транспортированием сухих и э/сидких компонентов (с помощью пневмонагнетателя и насоса соответственно), смешиванием компонентов в специальной форсунке непосредственно перед заливкой; непрерывностью приготовления газобетонной смеси и возможностью оперативного регулирования плотности газобетона при заливке смеси в опалубку.

3. Рекомендованы рациональные режимы пневмотранспортирования сухих и жидких компонентов газобетонной смеси, их перемешивания и заливки в опалубочную систему.

4. Выявлено влияние рецептурно-технологических факторов на прочностные и деформативные характеристики и диаграмму деформирования «напряжения-деформации» газобетона различной плотности.

Разработана и реализована программа и методика исследований влияния различных технологических факторов на эксплуатационные свойства газобетона с вариатропной структурой и предложены критерии управления свойствами газобетона на стадии формования изделий.

5. Разработана новая оригинальная разборно-переставная крупно щитовая опалубочная система для производства ограждающих конструкций из монолитного газобетона с вариатропной поровой структурой, позволяющая послойно изменять плотность материала по сечению конструкции - от более плотных на гранях конструкции к менее плотным в середине ее сечения.

6. Разработан мобильный технологический комплекс, объединяющий в себе: новый способ приготовления консолидированной газобетонной смеси и оригинальную опалубочную систему для возведения газобетонных конструкций переменной плотности по сечению, на который получен патент России.

7. Интегральная оценка всего комплекса разработанных предложений выявила их общую высокую эффективность: экономия металла опалубки - 35%; экономия материалов - 133р./ м ; снижение веса ограждающих конструкций - в 2-3 раза; сокращение себестоимости - в 2 раза; уменьшение затрат на транспортировку - в 2 раза; повышение теплотехнических характеристик - на 26%; уменьшение толщина стены до 40 см против 60 см - из газобетона с плотностью

600 кг/м3, 81 см - из керамзитобетона и 119 см - из пустотелого кирпича.

118

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Булавин, Виктор Анатольевич, 2003 год

1. Alford Harwy E. Glas microballon particles for construction materials. "Ce-ram.Age", 78, 1962, № 4.

2. Bache H.H., Idorn G.M., Nepper-Christenser P., Nelson J. Morphology of calcium hydroxide in cement paste. "Symp. on Structure of Portland Cement Paste and Concrete", 1966, 154-174.

3. Chaves A.J.F., Morales D.R. Lastia quinteo R. Recovery of genospheres and magnetite from coal burning power plant fly ash // Trans, of Iron and Steel Inst, of Japan/. 1987. Vol.27, № 7. P. 531-358.

4. Czernin, Wolfgang: Cement chemistry and physics for civil engineers / Wolfgang Czernin. Transl. by C. Van Amerongen. 2.Engl.ed. Wiesbaden, Berlin: Bauverlg; London: Goodwin; New-York: Foreign Publications, 1980.

5. Fischer G.L., Chang D.P.J., Brummer M. Fly-ash collected from electrostatic precipitators: microcrystalline structures and the mystery of the spheres // Science. 1976. Vol.192. P. 553-555.

6. Guilaum L. L'activite pouzzolanique des cendres volantes dans les cements Portland et les cements au laitier. "Silicates Inds.",28 (6), 1963, 297-300.

7. Jarrige A. Les cendres volantes dans les betons. "Rev. Mater. Construct. Trav. Publics",(655), 1970, 109-116.

8. Kawada N., Sato K., Hashimoto M. Composite action between cement and fly ash. "6th Symp. on Composete Materials", 1973.

9. Martin H. Die Bindung in Beton. "Betonstein Ztg" (11), 1963, 533-549.

10. Terrier P., Moreau M. Recherche sur le mechanisme de Taction pouzzolanique des cendres volantes dans le ciment. "Rev. Mater. Construct. Trav. Publics",(613), 1966, 379-396.

11. Vaquier A. Carles-Giberques A. Sur l'importance des sulfates dans le caractere pouzzolanique d'une cendre volante silicoalumineuse de centrale thermique. "Rev. Mater. Construct. Trav. Publics",(662), 1970, 331-337.

12. Venuat M. Ciments aux cenders volantes, influence de la proportion de cendre sur les proprietes des ciments. "Rev. Mater. Construct. Trav. Publics",(565), 271-279, 1962 (566), 315-324, 1962 and (567), 1962, 349-356.

13. Ymazaki R. Fundamental studies of the effects of mineral fines on the strength of concrete. "Trans. Japan Society of Civil Engineers, 85 (in Japanese), 1962, 15-44.

14. Абакумов B.B. Анализ и оптимизация наполнителей в цементных пастах и бетонах: Автореф. дис. канд. техн. наук./РИСИ.-Ростов н/Д, 1985.-22 с.

15. Адлер Ю.П., Маркова В.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М: Наука, 1978. с. 279.

16. Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. Госстройиздат, 1959.

17. Айрапетов Г.А., Бретшнайдер Б. Строительство в Германии. М: Стройиз-дат, 1996.-с. 139-150,211

18. Александров М.П. Подъемно транспортные машины. М: Высшая школа, 1972-с. 437,476.

19. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. М: «Машиностроение», 1978.

20. Атаев Б.С. Исследование влияния технологических параметров бетонной смеси на качество возведения зданий и сооружений в скользящей опалубке. Автореф. диссерт. кандидата техн. наук. Минск, 1978.

21. Атаев С.С. Технология индустриального строительства из монолитного бетона. М: Стройиздат, 1969-с. 16-18.

22. Ахвердов И.Н. К теории деформации цементного камня от усадки кри-сталлогидратной структуры / ДАН БССР. 1979. - Т.23. № 5. - с.444-447. -Бибилиогр.: с.447 (6 назв.).

23. Ахвердов И.Н. Теоретические основы физики бетоноведения.- Ми.: "Высшая школа", 1991.-188с.

24. Ахвердов И.Н., Годзиев Н.С., Овадовский И.М. Легкий бетон.- М.: Изд-во252829,30,31,32,33,34,35,36.