автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка разделительных смазок для форм бетонных изделий

На правах рукописи

Галиакбиров Артур Рафисович

РАЗРАБОТКА РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СМАЗОК ДЛЯ ФОРМ БЕТОННЫХ

ИЗДЕЛИЙ

I

Специальность 05.17.07 - «Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2011

005014868

Работа выполнена на кафедре «Технология нефти и газа» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Рахимов Марат Наврузович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузеев Искандер Рустемович; доктор химических наук, профессор Доломатов Михаил Юрьевич.

Ведущая организация

ГУЛ «Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан».

Защита состоится 01 февраля 2012 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 29 декабря 2011 г.

Ученый секретарь совета

Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные требования к качеству и темпам строительства зданий потребовали изменения технологий домостроения, что, в свою очередь, привело к переходу на постройку каркасно-монолитных зданий и сооружений из бетона, к разработке современных технологических строительных опалубочных систем и появлению специальных разделительных и формовочных смазок.

Основным требованием к смазочным материалам подобного назначения является предотвращение прилипания бетона к поверхностям строительных форм за счёт образования стабильного смазочного слоя с хорошей адгезией к поверхности формы, облегчающего отделение бетонных элементов от неё. Смазка должна выдерживать высокие удельные нагрузки, не стекать с вертикальных стенок, не оставлять жирных следов на поверхности бетона, иметь улучшенные экологические характеристики.

Современные технологии строительства по EN 15037:2009 предъявляют новые обязательные требования к смазке: категория Al бетонной поверхности конструкции по ГОСТ 13015.0-83, повышенная стойкость к коррозии на металлических формах, пониженная вязкость (для возможности нанесения методом распыления), способность к ускоренному биологическому разложению, улучшенные экологические характеристики.

В этих условиях исключается применение ■ таких распространенных компонентов, как отработанные масла, смолистые соединения. Не желательно использование также водорастворимых добавок, кислот, ухудшающих экологические показатели производства.

Это привело к появлению на российском рынке предложений зарубежной продукции: Slappolia-A (Castrol, Германия), Primus VNP-90 (Bechern, Нидерланды), ADDINOL FIO, MRA (ADDINOL, Германия), CHEMBETON (NOX-crete, США), MOLDOL LW 5833 (TOTAL, Франция), Biotrenn 327 (Германия) и других, поэтому

разработка и внедрение отечественных разделительных формовочных смазо является одной из актуальных задач отрасли.

Цель работы. Разработка и внедрение эффективных разделительны формовочных смазок с улучшенными экологическими свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- анализ проблемы разработки и внедрения разделительных формовочны смазок;

- разработка методики оценки эффективности разделительных формовочны смазок;

- изучение физико-химических параметров смачивания металлическо опалубки и бетонных изделий разделительными смазками;

- разработка перспективных образцов разделительных смазок для форм производстве железобетонных изделий;

- получение компонентов смазки, в частности, эфиров рапсового масла;

- разработка нормативно-технической документации для производств разделительных формовочных смазок;

- испытания разработанных смазок в опытно-промышленном масштабе.

Научная новизна

1 Показано, что при введении рапсового масла (РМ) и его эфиров (ЭРМ) состав базовых минеральных масел разделительных формовочных смазок снижаете сила отрыва металлической формы от бетона и улучшается макроструктур поверхности бетонного изделия.

2 Выявлено, что растительные масла впитываются в бетонную поверхнос более интенсивно, чем минеральные. Константа смачивания РМ в 1,6 - 1,8 р выше, чем веретенного масла (АУ).

3 Установлено, что при введении в состав базовых минеральных масе разделительных формовочных смазок технических концентратов одноатомш спиртов, алкилбензолов и а-олефинов угол смачивания смазки к металлическо форме понижается.

4 Показана принципиальная возможность вовлечения эфиров технических концентратов одноатомных спиртов (кубового остатка производства бутилового спирта (КОБС) и сивушных масел (СМ)) в состав разделительных смазок и дизельных топлив. При этом установлено, что они улучшают смазывающие свойства дизельных топлив.

Практическая ценность

1 Разработана и внедрена на кафедре технологии нефти и газа Уфимского государственного нефтяного технического университета методика оценки адгезионной прочности взаимодействия металлической формы и бетонного изделия.

2 Разработаны новые марки разделительных смазок, характеризующиеся высокими эксплуатационными свойствами и улучшенными экологическими показателями. На марки разделительных смазок «СопсгеЮ1» разработаны и утверждены технические условия (ТУ 0258-001-26810713-2010).

3 Произведена оценка экономической эффективности проекта внедрения смазки «СопсгеиЯ» марки Б на примере ООО «Уфаполипласт» (г. Уфа). Срок окупаемости капитальных затрат составляет 8 месяцев. Себестоимость смазки составляет 30,43 руб./л. Ожидаемая суммарная чистая прибыль предприятия — 8,4 млн. руб./год. <

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2005» (Уфа, 2005г.); на международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2010» (Уфа, 2010 г.); на II, III, IV республиканских студенческих научно-практических конференциях «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» (Уфа, 2005, 2006, 2007 гг.); на 56-й, 58-й, 61-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНГУ (Уфа, 2005,2007,2010 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе три статьи в рецензируемых журналах по перечню высшей аттестационной комиссии. Получен патент на изобретение.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 152 наименования публикаций отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 131 странице, содержит 24 рисунка, 43 таблицы и 2 приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы разработки современны разделительных смазок для форм при производстве бетонных и железобетонны изделий, сформулированы цель и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена обзору литературных источников п изучаемой проблеме. Рассмотрен производственный опыт и проанализирова современный уровень технологии производства железобетонных изделий (ЖБИ) Рассмотрены теоретические основы контактных взаимодействий между бетоном опалубкой. Рассмотрены состав, свойства и методы получения смазочны материалов.

Наиболее значимым и трудоемким технологическим процессом изготовлении и возведении железобетонных конструкций являются опалубочны работы.

Смазывание форм является обязательной технологической операцией пр производстве сборных ЖБИ и строительстве зданий каркасно-монолитным методом

Разделительная смазка для форм бетонных изделий должна образовывать н поверхностях формы разделительную плёнку достаточной толщины, которая бь обеспечивала лёгкость раскрытия, максимальную чистоту поверхности формы изделия, была устойчива в течение продолжительного времени к действию внешш факторов, не снижала прочности поверхностного слоя изделия из бетона, повышал оборачиваемость форм (опалубки). Разделительная смазка должна обеспечива возможность механизации и автоматизации её приготовления и нанесения н поверхность форм, исключать необходимость в очистке поверхности форм о остатков бетона, предотвращать появление пятен и воздушных пор н поверхностном слое бетона. Кроме того, смазка должна сохранять свои рабочи свойства в условиях низких температур окружающей среды (на открыть

площадках), не вызывать коррозии металлических форм, иметь низкий класс опасности, быть безопасными в пожарном отношении.

Разделительные смазки на углеводородной основе, как правило, являются композициями на основе минерального, синтетического, растительного масел или их комбинации, в состав которых вводят специальные присадки.

Смазка для форм необходима для создания барьера против взаимодействия бетона и поверхности формы. Молекулярное взаимодействие на границе раздела фаз жидкость - твердое тело оценивается работой адгезии.

Рассмотрены особенности адгезии в реальных системах, количественная оценка влияния адсорбционных процессов на адгезию и смачивание.

Рассмотрены особенности смачивания шероховатых поверхностей, смачивания, растекания и впитывания пористых тел. Изучены особенности поверхностного натяжения и краевого угла смачивания смазочных материалов, растекания масел. Регулировать взаимодействие смазочного материала с твердой поверхностью можно путем изменения смачивания и адгезии.

Показано, что одним из направлений по улучшению адгезионной способности смазок к металлической поверхности является введение в их состав специальных добавок и присадок.

Рассмотрены состав, свойства и методы получения смазочных материалов из растительных масел. Получение сложных эфиров жирных кислот растительных и животных жиров осуществляется при помощи реакции переэтерефикации триглицеридов жирных кислот алифатическими спиртами с получением эфиров соответствующих кислот и глицерина.

Рассмотрен химизм и механизм процесса переэтерификации растительных масел алифатическими спиртами, особенности использования катализаторов процесса, основные факторы процесса этерификации. Изучены основные факторы, влияющие на процесс этерификации триглицеридов.

Рассмотрены принципиальные технологические схемы получения метиловых и этиловых эфиров на щелочном и кислотном катализаторах, основные преимущества и недостатки схем.

Во второй главе представлены объекты и методы исследований.

Объектами исследования являлись базовые масла селективной очистки, различные минеральные и растительные масла, технические концентраты различных классов углеводородов и элементорганических соединений, побочные продукты нефтепереработки и нефтехимии, эфиры растительных масел, дизельные топлива.

Исследования проводили с использованием стандартных (температур застывания, температура вспышки в закрытом тигле, кинематическая вязкость плотность, содержание воды, кислотное число, противоизносные свойства, клас опасности, коррозионная стойкость) и исследовательских методов.

Для косвенной оценки влияния концентрации вводимых добавок н адгезионные свойства базового минерального масла была исследована зависимост угла смачивания смазки на металлической поверхности от состава и количеств вводимых добавок.

При исследованиях была использована стальная пластинка марки Сталь 20 поверхность которой отшлифована и отполирована. Каплю смазки наносили н предварительно очищенную и обезжиренную поверхность пластинки. П истечении 20 секунд производили фотоснимки капли по фронтальной проекции помощью закрепленного на штативе цифрового зеркального фотоаппарата Cano EOS 450D. Для каждого состава смазки проводили три параллельных фотоснимка Угол смачивания смазки определяли при помощи векторной обработк изображений и последующих геометрических расчетов.

Смачивание пористых тел влияет на показатели впитывания железобетонным изделиями смазки и на её расход. Для оценки влияния впитывания смазок бетонные изделия на разделительные свойства смазок определили консташ смачивания по следующей методике.

Бетонный цилиндр постоянной массы помещали в вертикальную трубку исследуемой смазкой. Измеряли начальную высоту h0 уровня жидкости и высот уровня жидкости h по истечению времени т.

Скорость смачивания пористых тел описывается следующим уравнением:

kboe-*. (1)

где h0 и h - первоначальная и наблюдаемая высоты уровня жидкости в слое пористого тела; к - константа скорости смачивания. После интегрирования уравнения (1) получили:

h = h0e-lcT = Ь0е"х/то. (2)

Из графиков зависимости ln(ho/h) от времени т (рисунок 3) определяли константы смачивания к, являющиеся относительной мерой смачивания различными смазками пористого тела.

Для оценки эксплуатационных свойств смазки, учитывающих условия всех стадий изготовления бетонных изделий, а также определяющих адгезионную прочность взаимодействия металлической формы и бетонного изделия, была разработана экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки для определения силы отрыва и оценки влияния смазки на чистоту поверхности металлической формы

1 - бетонное изделие; 2 - смазанная металлическая форма; 3 - технический динамометр; 4 - зажимы; 5 - направляющие динамометра.

Суть методики состоит в изготовлении бетонного изделия из стандартной песчано-цементной смеси в отшлифованной и отполированной металлической форме. Количественная оценка разделительных свойств смазки производится путем замера силы, необходимой для отрыва металлической формы от бетонного изделия, а качественная - путем визуального осмотра поверхности металла и формы и присваивания категории поверхности по ГОСТ 13015.0-83.

Условия проведения экспериментов: время выдержки - 1,5 часа; температур - 80 °С, далее выдержка при комнатной температуре в течение суток. За показател принято среднее арифметическое пяти параллельных испытаний, проводимых н пяти отшлифованных и отполированных формах.

Синтез эфиров осуществляли путем проведения реакции этерификаци триглицеридов растительного масла спиртами. Для предотвращения побочны реакций омыления при использовании щелочного катализатора производил водную промывку и нейтрализацию рапсового масла. Промывка водой обеспечивас извлечение гидрофильных веществ, которые стабилизируют эмульсию пр нейтрализации.

Процесс этерификации проводили в присутствии щелочных катализаторе (гидроксиды натрия или калия). О степени конверсии реакции косвенно судили п вязкости реакционной смеси после промывки и выпаривания воды.

Промышленные испытания опытных образцов смазок осуществляли условиях производства путем нанесении масел на поверхность формы пр изготовлении бетонных конструкций и визуальной оценки поверхности бетона н наличие пятен и дефектов "схватывания".

В третьей главе представлены результаты лабораторных исследований п разработке разделительных смазок.

Базовые минеральные масла вследствие низкой полярности входящих в ] состав углеводородов не обеспечивают образования на поверхностях строительнь форм эффективной граничной смазывающей пленки, позволяющей выдержива высокие давления и облегчать отделение бетона от формы. Их смазывающи

свойства могут быть улучшены при введении в их состав различных полярных молекул или поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Проведены исследования по улучшению смазывающей способности базовых минеральных масел путем вовлечения в их состав ряда технических концентратов различных классов углеводородов и кислородсодержащих соединений. Среди исследованных добавок хорошие результаты показали технические концентраты одноатомных спиртов - КОБС и алкилбензолов - кубовый остаток ректификации стирола (КОРС). За показатель, характеризующий адгезионные свойства разделительной смазки, косвенно был принят угол смачивания. Зависимости угла смачивания экстракта III масляной фракции (III м.ф.) от концентрации вышеуказанных добавок представлены на рисунке 2.

Как следует из рисунка, при введении данных добавок в состав масла угол смачивания смазки к металлической пластине понижается, что свидетельствует о повышении работы адгезии. Угол смачивания экстракта III м.ф. при добавлении 10 % технических концентратов одноатомных спиртов и алкилбензолов снижается с 14 до 8,9 и 7,9 соответственно.

Содержание добавки, % об. ♦ КОБС В КОРС

Рисунок 2 - Влияние концентрации технических концентратов одноатомных спиртов и алкилбензолов на угол смачивания базового минерального масла

Необходимо отметить, что при малых концентрациях добавок угол смачивания снижается более интенсивно.

Таким образом, исследования показали, что путем введения в состав базовых минеральных масел технических концентров одноатомных спиртов и алкилбензолов можно улучшить их адгезионные свойства.

Впитывание смазки в бетонное изделие на стадии выдержки раствора может оказать существенное влияние на толщину смазочного слоя и адгезию бетона к металлической форме, что, в итоге, отражается на качестве готового изделия и оборачиваемости форм. С учетом этого были проведены исследования интенсивности впитывания бетоном смазок для косвенной оценки смачивания бетонных изделий на примере минеральных и растительных масел. На рисунке 3 представлен график для определения константы скорости смачивания к.

а1.8 \zzzjzzznzzzz

¡4 1п(Ь /Ь) = 0,461т ГрД10 ,

% 1---

§0,8 -•■■-*"-

~0,6 - --

0,4 Ъ?-""---

^ ЬОуу Ь) = 0,262т н 0,256

0 Ш---

0 1 2 _ 3

Время (т), мин ^ ♦ АУ ШРМ

Рисунок 3 - График для определения константы скорости смачивания к

Как следует из рисунка 3, константы к для РМ и АУ равны 0,461 и 0,26' соответственно. Чем выше константа смачивания, тем выше скорость впитываю смазки в пористые тела. Следовательно, РМ лучше, чем АУ смачивает поверхнос" бетона.

Методы оценки адгезии к бетону не дают полную картину процесса отрыв формы от бетона. Кроме того, в таких исследованиях не учитывается возможност

12

1п(Ь ДО = 0,461т

1 1 /

_ /

1 к- -

ч/

Ь) = 0,262т ч 0,256

II-

полного или частичного когезионного отрыва. В определенных случаях усиление адгезионных свойств смазки не просто нецелесообразно, а грозит ухудшением • распалубки и слипанием формы и бетона. Более полная картина процесса отрыва бетона от формы может быть получена по разработанной нами методике оценки эффективности разделительных формовочных смазок, основанной на исследовании усилия отрыва металлической формы от бетонного изделия и качества её поверхности.

В таблице 2 представлены результаты испытаний различных продуктов по данной методике.

Таблица 2 - Результаты исследований влияния различных продуктов на удельную силу отрыва бетона от формы

№ пробы Наименование продукта Удельная сила отрыва, Н/м2

1 АУ 3840

2 РМ 24

3 АУ+1%РМ 560

4 АУ+2,5%РМ 240

5 АУ+5%РМ 120

6 АУ+10%РМ 106

7 Этиловые ЭРМ (ЭЭРМ) 760

8 ЭРМ на основе КОБС (КЭРМ) 1140

9 ЭРМ на основе СМ (СЭРМ) 530

10 АУ+5 % РМ+ 10 % КОБС 80

11 И-20А (индустриальное масло) 1636

12 И-20А+5%РМ 1280

13 АУ+20 % ЭЭРМ+ 10 % РМ 22

Как следует из таблицы 2, базовые минеральные масла (пробы №№ 1 и 11) показывают высокую силу отрыва. В то же время растительные масла и их эфиры (пробы №№ 2,7,9), наоборот, показывают низкую силу отрыва. Это связано, на наш взгляд, с присутствием в их составе полярных жиров и их производных. При введении в состав базовых минеральных масел РМ и его эфиров сила отрыва снижается.

Необходимо отметить, что при введении в состав смазки РМ улучшается чистота поверхности изделия и снижается сцепление бетона с формой, что подтверждается отсутствием остатков бетона и наличием ощутимого остаточного слоя смазки на металлической поверхности формы.

При использовании чистых эфиров (ЭЭРМ, КЭРМ, СЭРМ) удельная сила отрыва составляет 530-1140 Н/м2, поверхность металлических форм имеет налет остаточной пыли, требуемой очистки. Это связано, на наш взгляд, с повышенным впитыванем чистых эфиров в бетонное изделие.

На рисунке 4 приведена зависимость удельной силы отрыва формы от бетона при введении в состав минерального масла РМ. к4500

8

10

Концентрация РМ в АУ, % об.

Рисунок 4 - Влияние концентраций РМ в АУ на удельную силу отрыва

Из рисунка 4 видно, что значительное снижение удельной силы отрыва происходит уже при введении в состав базы 1-3% РМ и при дальнейшем повышении концентрации добавки снижение замедляется.

Таким образом, нами было показано, что введение в состав базовых минеральных масел рапсового масла позволяет существенно снизить удельную силу отрыва, однако рапсовое масло имеет низкую антиокислительную стабильность и продукты его окисления могут проявить коррозионную активность. Кроме того, повышенная вязкость рапсового масла увеличивает расход смазки и препятствует

14

использованию современных методов тонкодисперсного нанесения смазки на поверхность опалубки.

Использование эфиров рапсового масла позволит устранить эти недостатки, а также интересно с точки зрения расширения ресурсов сырья.

На рисунке 5 приведена зависимость удельной силы отрыва формы от бетона при введении ЭЭРМ в состав базового минерального масла И-20А. ,1800

10

Концентрация ЭЭРМ в И-20А, % об.

Рисунок 5 - Влияние концентраций ЭЭРМ в И-20А на удельную силу отрыва

Из рисунка 5 видно, что при ведении в состав И-20А ЭЭРМ удельная сила отрыва также снижается, при этом значительное снижение удельной силы происходит при введении добавки до 2 % об. При увеличении концентрации ЭЭРМ выше 6% удельная сила отрыва начинает повышаться. На наш взгляд, это связано с возникновением полимолекулярного полярного слоя при низких концентрациях, а при повышении концентрации возникает ослабевание этого слоя из-за объемных дисперсных формирований, повышающих работу когезии.

С учетом результатов проведенных исследований для промышленных испытаний были предложены следующие композиции разделительных смазок: Марка А: АУ (от 80% до 95%), РМ (от 5% до 20%); Марка Б: И-20А (от 70 % до 93%), ЭРМ (от 2 до 10%), РМ (от 5% до 20%); Марка В: АУ (от 65% до 80%), РМ (от 10% до 20%), КОБС (до 15%).

Физико-химические свойства рядовых проб смазок приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Физико-химические свойства смазок марок А, Б, В

Наименование показателя Значение показателя марки

А Б В

Температура застывания, °С -30 -28 -28

Условия распалубки Легкая, без повреждений Легкая, без повреждений Легкая, без повреждений

Категория поверхности по ГОСТ 13015.0-83 А1 А1 А2

Пятна смазки на поверхности изделия Отсутствуют Отсутствуют Отсутствуют

Удельная сила отрыва, Н/м2 85 36 70

Коррозия металлической формы Отсутствует Отсутствует Отсутствует

Следы цемента на форме Отсутствуют Отсутствуют Отсутствуют

Вязкость кинематическая, мм^/с при 20°С при 40 °С 45 25 30 20 37 20

Плотность, кг/м3 865 857 875

Температура вспышки, °С 110°С 100°С 100°С

Содержание воды, % мае. Отсутствие Отсутствие Отсутствие

Класс опасности 4 4 3

Отличительной особенностью смазки марки А являются эколошчность (высокий класс опасности, повышенная температура вспышки) и экономичность. Особенностью смазки марки Б являются эколошчность (высокий класс опасности, высокое содержание биоразлагаемых компонентов), пониженная вязкость, повышенное качество бетонной поверхности. Смазка марки Б рекомендуется для замещения импортных смазок в крупнотоннажном производстве ЖБИ. Смазка марки А рекомендуется для замещения отечественных аналогов.

Смазка марки В, наряду с высокими эксплуатационными показателями, характеризуется низкой себестоимостью, что повышает её конкурентоспособность на внутреннем рынке.

Для смазок разработаны и утверждены технические условия ТУ 0258-00126810713-2010 с общим названием «Сопсгйо!». Получен патент на изобретение №2435663 Российской Федерации.

С целью расширения сырьевой базы производства ЭРМ нами проведены исследования возможности использования технических концентратов одноатомных спиртов в качестве сырья процесса переэтерефикации РМ. В качестве технических концентратов исследованы КОБС и СМ.

Переэтерификацию проводили при шестикратном мольном избытке спиртов в течение трех часов с последующим выпариванием спирта, промывкой и очисткой. О степени конверсии в ходе синтеза косвенно судили по вязкости реакционной смеси. Температуру реакции поддерживали в зоне начала кипения спиртов: для КОБС - 180 °С, для СМ - 86 °С. При таких условиях степень превращения КОБС составила 74-76%, а СМ - 50-52%.

Исследования влияния концентрации добавки КЭРМ и СЭРМ в базовых минеральных маслах на удельную силу отрыва показали, что они понижают удельную силу отрыва и могут быть рекомендованы в качестве добавок к смазкам для улучшения качества железобетонных изделий. На рисунке 6 приведена зависимость удельной силы отрыва от концентрации КЭРМ и СЭРМ в АУ. ,4500

4000 3500

« 3000

а. 2500

« 2000

| 1500

65 1000

я В л ч

а> £

500 0

1

\ КЭРМ

\ -м- СЭРМ

\

\

\

\

1-1 ---- ___II

0

10 ->

Концентрация КЭРМ и СЭРМ в АУ, % об.

Рисунок 6 — Зависимость удельной силы отрыва от содержания КЭРМ и СЭРМ в АУ

Из рисунка 6 видно, что зависимости удельной силы отрыва от содержания КЭРМ и СЭРМ в АУ носят аналогичный характер, что и в случае с ЭЭРМ.

17

Значительное снижение удельной силы отрыва также происходит при введении в состав АУ до 2% об. эфиров, а при концентрации добавки выше 6% удельная сила отрыва начинает повышаться. Таким образом, была показана принципиальная возможность вовлечения эфиров КЭРМ и СЭРМ в состав разделительных смазок.

В настоящее время основной областью использования эфиров рапсового масла является вовлечение их в состав дизельных топлив. Поэтому были проведены-исследования принципиальной возможности вовлечение полученных на основе технических концентратов ЭРМ в качестве добавок к дизельному топливу, как наиболее крупнотоннажному направлению их использования.

Исследования показали, что для топливной композиции (ТК), состоящей из летнего дизельного топлива (ЛДТ) и КЭРМ, лимитирующими содержание КЭРМ в топливе являются показатели «йодное число» и «кислотное число». При содержании КЭРМ в ТК более 10 % эти показатели превышают допустимые ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное» значения. Для ТК, состоящей из ЛДТ и СЭРМ, лимитирующим являются показатель «йодное число». Максимально допустимое содержание СЭРМ в ТК так же составляет 10% об.

Было также установлено, что при введении КЭРМ и СЭРМ в состав глубокоочищенных дизельных топлив повышается их смазывающая способность. На рисунке 7 представлен график зависимости приведенного диаметра пятна износа (ДЛИ) дизельного топлива ЕВРО по ГОСТ Р 52368-2005 (сорт С, вид II) с содержанием серы 100 ррт от содержания в нем добавок КЭРМ и СЭРМ.

Из рисунка 7 видно, что максимальное снижение диаметра пятна износа для КЭРМ на 35% происходит при содержании добавки 1% об., для СЭРМ максимальное снижение ДЛИ составляет 42% при содержании присадки 0,7% об. Для КЭРМ существенное снижение ДЛИ происходит в более широком диапазоне концентраций (от 0,5 до 6%), в то же время для СЭРМ уже при концентрации 3% наблюдается повышение ДЛИ до исходных значений.

Содержание присадки, % об.

-■- КЭРМ -»-СЭРМ

Рисунок 7 - Зависимость ДЛИ топливных композиций от содержания добавок

В четвертой главе представлены результаты опытно-промышленных испытаний разработанных составов смазок, выполнен анализ рынка разделительных смазок, приведен расчет экономического эффекта внедрения смазки на примере предприятия ООО «Уфаполипласт».

Для опытно-промышленные испытаний в лабораторных условиях были приготовлены опытные пробы разделительных смазок, полностью соответствующие требованиям ТУ 0258-001-26810713-2010.

Пробу смазки марки Б на основе И-20А (70%), РМ (20%), ЭЭРМ (10%) испытали в цехе №2 малых форм на железобетонном заводе ОАО «ЖБЗ-2» (г. Уфа). Пробу смазки марки А на основе АУ (90%), РМ (10%) испытали на строительном предприятии ООО «СУ-10» при строительстве жилого дома каркасно-монолитным методом.

Испытания показали, что разделительные смазки полностью удовлетворяют требованиям технологического процесса, обеспечивая производство качественных ЖБИ. По результатам испытаний размеры раковин, местных наплывов и впадин на бетонной поверхности и околов бетона ребер изготовленных конструкций не

превышали значений для категории А1 по ГОСТ 13015.0-83. Смазка марки Б по всем показателям не уступает зарубежному аналогу «Вюггепп 327».

В ходе испытаний определили удельные расходы смазок марок А и Б, которые составили 29 и 20 мл/м2, соответственно. При аналогичных условиях средний расход импортной смазки «ВюИепп 327» составляет 25 мл/м2, а отработанных масел -100 м2/л.

Эффективность внедрения смазки марки Б оценена на примере предприятия ООО «Уфаполипласт». Экономическая эффективность использования предлагаемой разработки показана в таблице 5.

Таблица 5 — Показатели эффективности проекта

Показатель Значение

Суммарная чистая прибыль за 2011 г., млн. руб. 8,4

Средняя себестоимость смазки, руб./л 30,43

Срок окупаемости, мес. 8

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Разработаны методика и лабораторная установка для оценки удельной силы отрыва металлической формы от бетонного изделия.

2 Показано, что путем введения в базовые минеральные масла технических концентратов одноатомных спиртов, алкилбензолов и а-олефинов можно регулировать угол смачивания смазки к металлической поверхности.

3 Исследования смачивания бетонной поверхности различными маслами показали, что РМ смачивает бетонную поверхность с более высокой скоростью и глубиной, чем АУ. Константа смачивания РМ в 1,6-1,8 раз выше, чем АУ.

4 В результате исследований сравнительных количественных и качественных характеристик условий отрыва металлической формы для различных смазок показано, что при введении рапсового масла и его эфиров в базовые минеральные масла (экстракты масляных фракций, АУ, И-20А и др.) снижается удельная сила отрыва, а также улучшается качество поверхности бетонного изделия.

5 Разработаны новые разделительные смазки на основе базовых минеральных масел, содержащие РМ и его эфиры, которые наряду с высокими эксплуатационными свойствами характеризуются улучшенными экологическими показателями. На разделительные смазки с общим названием «Сопсгеи>1» разработаны и утверждены технические условия (ТУ 0258-001-26810713-2010).

6 Показана возможность вовлечения технических концентратов одноатомных спиртов (КОБС и СМ) в качестве сырья процесса переэтерефикации РМ. Показана принципиальная возможность вовлечения эфиров в состав разделительных смазок и в качестве добавок к дизельным топливам. Максимально допустимая концентрация добавок КЭРМ и СЭРМ в дизельном топливе составляет 10% об.

7 Показано, что КЭРМ и СЭРМ улучшают смазывающие свойства дизельных топлив. При введении КЭРМ в состав дизельного топлива максимальное снижение ДПИ топливной композиции на 35% происходит при содержании добавки 1% об. В случае применения СЭРМ максимальное снижение ДПИ составляет 42 % при содержании присадки 0,7% об.

8 Наработаны опытные партии разделительных смазок «СопсгеЫ», испытания которых на строительных предприятиях г. Уфы ОАО «ЖБЗ-2», ООО «СУ-10» показали, что они удовлетворяют требованиям технологического процесса, обеспечивая производство качественных железобетонных элементов с категорией поверхности А1, пожаробезопасность, экологичность процесса, облегчая очистку форм. Смазка марки Б не уступает зарубежному аналогу «Вюй-епп 327».

9 Произведена оценка экономической эффективности проекта внедрения смазки «СопсгйоЬ) марки Б на примере ООО «Уфаполипласт» (г. Уфа). Срок окупаемости капитальных затрат составляет 8 месяцев. Себестоимость смазки составляет 30,43 руб./л. Ожидаемая суммарная чистая прибыль предприятия -8,414 млн. руб./год.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Галиакбиров, А.Р. Метод получения эфиров рапсового масла [Текст] / А.Р. Галиакбиров, З.А. Гарипова, A.B. Ахметов, O.A. Баулин, М.Н. Рахимов // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2011. —№1. —С.40-43.

2 Галиакбиров, А.Р. Разработка разделительной смазки для форм бетонных изделий [Текст] / А.Р. Галиакбиров, М.Н. Рахимов, O.A. Баулин // Башкирский химический журнал. - 2010. - №2. - С.73-76.

3 Галиакбиров, А.Р. Метод получения эфиров рапсового масла [Текст] / А.Р. Галиакбиров, З.А. Гарипова, O.A. Баулин, М.Н. Рахимов // Мир нефтепродуктов. - 2010. - №7. - С.33-35.

4 Пат. 2435663 РФ. Разделительная смазка для металлических форм при изготовлении бетонных и железобетонных изделий [Текст] / Галиакбиров А.Р., Рахимов М.Н., Баулин O.A., Рысаев И.М., Мансуров В.А.; заявитель и патентообладатель УГНТУ. - опубл. 10.12.11, Бюл. №34.

5 Галиакбиров, А.Р. Протявоизносные присадки к дизельным топливам на основе эфиров рапсового масла [Текст] / З.А. Гарипова, А.Р. Галиакбиров, O.A. Баулин, М.Н. Рахимов Н Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2010». - Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2010. - С. 122.

6 Галиакбиров, А.Р. Получение биодизельного топлива из технических рапсового масла и этанола на щелочном катализаторе [Текст] / A.B. Ахметов, А.Р. Галиакбиров, З.А. Гарипова, М.Н. Рахимов // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2010». - Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2010,- С. 119.

7 Галиакбиров, А.Р. Повышение смазывающей способности дизельного топлива с улучшенными экологическими показателями [Текст] / O.A. Баулин, А.Р. Галиакбиров, М.Н. Рахимов // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия -2005». - Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2005. - С. 190.

8 Галиакбиров, А.Р. Топлива для дизельных двигателей с улучшенными экологическими показателями [Текст] / А.Р. Галиакбиров, O.A. Баулин // Материалы

II республиканской студенческой научно-практической конференции «Научное и экологическое обеспечение современных технологий». - Уфа: УГНТУ, 2005. -С. 12-14.

9 Галиакбиров, А.Р. Влияние различных классов углеводородов на смазывающую способность дизельных топлив с улучшенными экологическими показателями [Текст] / А.Р. Галиакбиров, И.А. Сухоручкин // Материалы III республиканской студенческой научно-практической конференции «Научное и экологическое обеспечение современных технологий». - Уфа: УГАЭС, 2006. -С. 128-129.

10 Галиакбиров, А.Р. Смазка для опалубки при производстве бетонных изделий [Текст] / А.Р. Галиакбиров, Р.Ф. Мухарметов, O.A. Баулин // Материалы IV республиканской студенческой научно-практической конференции «Научное и экологическое обеспечение современных технологий». - Уфа: УГАЭС, 2007. -С. 59-60.

11 Галиакбиров, А.Р. Смазки для строительных материалов [Текст] / А.Р. Галиакбиров, O.A. Баулин, М.Н. Рахимов // Материалы 56-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Книга 2. -Уфа: УГНТУ, 2005. - С. 302.

12 Галиакбиров, А.Р. Дизельные топлива с улучшенными экологическими показателями [Текст] / А.Р. Галиакбиров, O.A. Баулин, М.Н. Рахимов // Материалы 56-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Книга 2. - Уфа: УГНТУ, 2005. - С. 303.

13 Галиакбиров, А.Р. Смазка для форм при производстве бетона [Текст] / А.Р. Галиакбиров, Р.Ф. Мухарметов, O.A. Баулин // Материалы 58-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Книга 2. -Уфа: УГНТУ, 2007.-С. 38.

14 Галиакбиров, А.Р. Метод получения биодизеля [Текст] / A.B. Ахметов, З.А. Гарипова, А.Р. Галиакбиров, М.Н. Рахимов // Материалы 61-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: УГНТУ, 2010.-С. 12.

Подписано в печать 26.12.2011. Бумага офсетная. Формат 60x84 Vis. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1., Тираж 90. Заказ 196.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

61 12-5/1454

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Галиакбиров Артур Рафисович

РАЗРАБОТКА РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СМАЗОК ДЛЯ ФОРМ

БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность: 05.17.07 - «Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Рахимов М.Н. Уфа-2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 6

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10

1.1 Технология изготовления бетонных изделий 10

1.1.1 Опалубочные системы 10

1.1.2 Требования к качеству поверхностей бетонных изделий 13

1.2 Разделительные смазки для форм 15

1.2.1 Водоэмульсионные смазки для форм 16

1.2.2 Смазки на углеводородной основе 17

1.2.3 Бессмазочная технология 19

1.3 Теоретические основы контактных взаимодействий между бетоном и опалубкой 20

1.3.1 Работа адгезии и молекулярное взаимодействие 21

1.3.2 Адгезия в реальных системах 27

1.3.3 Поверхностное натяжение и краевой угол смазочных материалов 28

1.4 Применение растительных масел в качестве сырья для получения смазок 32

1.4.1 Состав масел и жиров 32

1.4.2 Состав рапсового масла 33

1.4.3 Смазочные материалы из растительных масел 34

1.5 Получение сложных эфиров жирных кислот растительных масел 37

1.5.1 Процесс переэтерификации растительных масел 3 7 алифатическими спиртами

1.5.1.1 Этерификация в присутствии основного катализатора 39

1.5.1.2 Этерификация в присутствии кислого катализатора 40

1.5.2 Основные факторы процесса переэтерефикации 41

1.5.2.1 Содержание в сырье воды и свободных жирных кислот 42

1.5.2.2 Тип спирта 42

1.5.2.3 Мольное соотношение спирт : триглицерид 43

1.5.2.4 Продолжительность реакции 43

1.5.2.5 Температура процесса 44

1.5.4 Технологическое оформление процесса для получения

эфиров растительных масел 45

Выводы 46

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 48

2.1 Выбор компонентов смазки 48

2.2 Исследование угла смачивания жидкости на металлической поверхности 51

2.3 Оценка смачивания бетона 54

2.4 Методика определения разделительных свойств по отрыву металлической формы от бетонного изделия 57

2.5 Методика получения эфиров рапсового масла 60

2.6 Стандартизованные методики 62

Выводы 63

3 РАЗРАБОТКА РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СМАЗОК ДЛЯ ФОРМ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 64

3.1 Анализ процесса изготовления бетонных изделий 64

3.2 Влияние добавок к базовым маслам на адгезионные свойства смазок к металлической поверхности 66

3.3 Исследования процесса смачивания бетонных изделий минеральными и растительными маслами 73

3.4 Оценка силы отрыва металлической формы и чистоты поверхности бетонных изделий при применении различных смазочных композиций 75

3.5 Подбор компонентного состава смазок 84

3.5.1 Смазки на основе минеральных масел, рапсового масла и его эфиров 84

3.5.2 Смазка на основе минеральных масел, рапсового масла и технических концентратов 86

3.6 Получение эфиров рапсового масла - компонентов разделительных смазок 88

3.7 Использование эфиров рапсового масла на основе побочных продуктов в качестве компонентов для производства разделительных смазок 91

3.8 Использование эфиров рапсового масла на основе побочных продуктов в качестве добавки к дизельному топливу 93

3.8.1 Эфиры на основе КОБС как добавка к дизельному топливу 94

3.8.2 Эфиры на основе сивушного масла как добавка к дизельному топливу 97

3.8.3 Влияние эфиров рапсового масла на смазывающую способность дизельных топлив с улучшенными экологическими показателями 99

3.8.3.1 Исследование влияния эфиров на основе КОБС на смазывающую способность дизельных топлив 99

3.8.3.2 Исследование влияния СЭРМ на смазывающую способность дизельных топлив 101

Выводы 102

4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СМАЗОК 104

4.1 Результаты опытно-промышленных испытаний смазок 104

4.2 Экономическая оценка разработки 107

4.2.1 Анализ рынка разделительных смазок 107

4.2.2 Расчет себестоимости смазки 108

4.2.3 Расчет эффективности инвестиционного проекта 110

Выводы 113

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 116

ПРИЛОЖЕНИЕ А 130

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 131

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы проблема использования дорогостоящих импортных материалов обострилась. Наряду с этим, требования к качеству продуктов не снижаются, а продолжают расти. Экономическое обострение побуждает руководителей компаний к поиску новых решений в оптимизации бизнеса и к увеличению его эффективности. В таких условиях переход к отечественным реагентам является одним из рациональных методов уменьшения издержек.

Современные требования к качеству и темпам строительства зданий потребовали изменения технологий домостроения, что, в свою очередь, привело к переходу на постройку каркасно-монолитных зданий и сооружений из бетона, к разработке современных технологических строительных опалубочных систем и появлению специальных разделительных и формовочных смазок.

Основными требованиями к смазочным материалам подобного назначения являются предотвращение прилипания, примерзания бетона к поверхностям строительных форм, вследствие образования стабильного смазочного слоя с хорошей адгезией к поверхности формы и облегчающего отделение бетонных элементов от неё. Смазка должна выдерживать высокие удельные нагрузки, не стекать с вертикальных стенок, не оставлять жирных следов на поверхности бетона [1].

Патентный поиск показывает, что в состав отечественных смазок входят различные химические соединения, в том числе нефтепродукты и масла (машинное масло, битум, гудрон, жировой гудрон, минеральное масло, ланолин, остатки после нефтеулавливания, соляровое масло, кулисная паровозная смазка, силиконовое масло); эмульсолы (нефтяной и эмульсол кислый синтетический); парафин; канифоль; жирные кислоты (пальмитиновая кислота, кубовые остатки нафтеновых и синтетических жирных кислот, олеиновая кислота); мыла и различные продукты нейтрализации жирных кислот; кальцинированная сода; различные твердые материалы (мел, кремниевая горная порода, шлам бетонных мозаичных плит, глины,

шлифовальный отход, белый цемент, цементная пыль-унос вращающихся печей); жидкое стекло, а также вода [2].

Современные технологии строительства по EN 15037:2009 предъявляют новые обязательные требования к смазке: категория Al бетонной поверхности конструкции по ГОСТ 13015.0-83, повышенная стойкость к коррозии на металлических формах, пониженная вязкость для возможности нанесения методом распыления, способность к ускоренному биологическому разложению, улучшенные экологические характеристики [3].

В этих условиях исключается применение таких распространенных компонентов, как отработанные масла, смолистые соединения. Не желательно использование также водорастворимых добавок, кислот, ухудшающих экологические показатели производства.

Это привело к появлению на российском рынке предприятий, предлагающих зарубежную продукцию: Slappolia-A (Castrol, Германия), Primus VNP-90 (Bechern, Нидерланды), ADDINOL FIO, MRA (ADDINOL, Германия), CHEMBETON (NOX-crete, США), MOLDOL LW 5833 (TOTAL, Франция), Biotrenn 327 (Германия) и другие [4], поэтому разработка и внедрение отечественных разделительных формовочных смазок является одной из актуальных задач отрасли.

Цель работы. Разработка и внедрение эффективных разделительных формовочных смазок с улучшенными экологическими свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- анализ проблемы разработки и внедрения разделительных формовочных смазок;

- разработка методики оценки эффективности разделительных формовочных смазок;

- изучение физико-химических параметров смачивания металлической опалубки и бетонных изделий разделительными смазками;

- разработка перспективных образцов разделительных смазок для форм в производстве железобетонных изделий;

- получение компонентов смазки, эфиров рапсового масла.

- разработка нормативно-технической документации для производства разделительных формовочных смазок.

Научная новизна

1 Показано, что при введении рапсового масла и его эфиров в состав базовых минеральных масел разделительных формовочных смазок снижается сила отрыва металлической формы от бетона и улучшается макроструктура поверхности бетонного изделия.

2 Выявлено, что растительные масла впитываются в бетонную поверхность более интенсивно, чем минеральные. Константа смачивания рапсового масла (РМ) в 1,6-1,8 раз выше, чем веретенного (АУ).

3 Установлено, что при введении в состав базовых минеральных масел разделительных формовочных смазок технических концентратов одноатомных спиртов, алкилбензолов и а-олефинов угол смачивания смазки к металлической форме понижается.

4 Показана принципиальная возможность вовлечения эфиров технических концентратов одноатомных спиртов (кубового остатка производства бутилового спирта (КОБС) и сивушных масел (СМ)) в состав разделительных смазок и дизельных топлив. Максимально допустимая концентрация эфиров в дизельном топливе составляет до 10% об. При этом установлено, что они улучшают смазывающие свойства дизельных топлив. При введении 1% эфиров на основе КОБС (КЭРМ) в состав дизельного топлива происходит максимальное снижение диаметра пятна износа (ДПИ) топливной композиции на 35%. В случае применения эфиров на основе СМ (СЭРМ) максимальное снижение ДПИ составляет 42 % при содержании присадки 0,7% об.

Практическая ценность

1 Разработана и внедрена на кафедре технологии нефти и газа УГНТУ методика оценки адгезионной прочности взаимодействия металлической формы и бетонного изделия.

2 Разработаны новые марки разделительных смазок, характеризующиеся высокими эксплуатационными свойствами и улучшенными экологическими показателями (класс опасности, биоразлагаемость). На разделительную смазку «СопсгеШ1» разработаны и утверждены технические условия (ТУ 0258-00126810713-2010).

3 Произведена оценка экономической эффективности проекта внедрения смазки «СопстеШЬ) марки Б на примере ООО «Уфаполипласт» (г. Уфа). Срок окупаемости капитальных затрат составляет 8 месяцев. Себестоимость смазки составляет 30,43 руб./л. Ожидаемая суммарная чистая прибыль предприятия - 8,414 млн. руб./год.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Технология изготовления бетонных изделий

1.1.1 Опалубочные системы

В современных условиях бетон и железобетон доминируют на отечественных и зарубежных стройках. Монолитные и сборные конструкции из бетона и железобетона являются основными, базовыми конструкциями в жилищном, производственном, гидротехническом, дорожном и других областях строительства.

За последние десять лет в Российской Федерации наблюдается [5] стабильный рост объема введенных зданий (рисунок 1.1).

Год

Рисунок 1.1 - Объем введенных зданий в РФ за 2000-2010 гг.

Проведенный анализ статистических данных позволяет говорить о том, что в последние годы соотношение между производством сборных (около 55% общего объема) и монолитных конструкций начало изменяться в сторону увеличения доли последних. Объясняется это тем, что в некоторых видах строительства уровень сборности приблизился к предельному значению, дальнейшее его повышение становится экономически и технически нецелесообразным.

В то же время технический уровень возведения монолитных конструкций настолько возрос, что не уступает строительству из сборных конструкций, а по ряду показателей даже превосходит его. Следует учитывать и то, что дальнейшее увеличение доли сборных конструкций потребует значительно больших, по сравнению с монолитным строительством, удельных капитальных вложений, так как себестоимость 1 м3 таких конструкций в настоящее время в 1,5-2 раза выше монолитных, при этом в последних на 15-20% уменьшается расход арматурной стали. Развитие монолитного строительства требует на 35-40% меньше капитальных вложений, чем развитие предприятий по производству сборных конструкций.

Основными причинами, сдерживающими развитие монолитного строительства, являются следующие: низкая степень индустриализации по сравнению с полносборным строительством, слабая производственная база, невысокий уровень организации строительных работ и технологических процессов возведения монолитных конструкций.

Долгое время понятие индустриализация строительства отождествлялось с понятием «сборность», что привело к развитию строительства из сборных железобетонных конструкций и к значительному отставанию в разработке и применении индустриальных методов возведения зданий из монолитного бетона.

Растущий интерес к использованию монолитного бетона и железобетона требует решения важных задач по повышению эффективности монолитного строительства. За последние годы выполнен ряд исследований, в результате которых наметились значительные сдвиги в повышении уровня организации и технологии возведения монолитных зданий и сооружений, в том числе в области совершенствования технологии приготовления бетонной смеси.

Объёмы железобетонных изделий (ЖБИ) в последние годы (рисунок 1.2) возросли в связи с увеличением темпов строительства в РФ [5].

35000

§

-а н

«ч

К

§

(в I©

О

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Год

Рисунок 1.2 - Объем произведенных ЖБИ в РФ за 1998-2010 гг.

В современной технологии сборного железобетона можно выделить три основных способа организации производственного процесса: агрегатно-поточный способ изготовления изделий в перемещаемых формах; конвейерный способ производства; стендовый способ в неперемещаемых (стационарных) формах.

При агрегатно-поточном способе все технологические операции (очистка и смазка форм, армирование, формование, твердение, распалубка) осуществляются на специализированных постах, оборудованных машинами и установками, образующими поточную технологическую линию, формы с изделиями последовательно перемещаются по технологической линии от поста к посту с произвольным интервалом времени, зависящим от длительности операции на данном посту, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до нескольких часов (твердение изделий в пропарочных камерах). Этот способ выгодно использовать на заводах средней мощности, в особенности при выпуске изделий широкой номенклатуры.

Конвейерный способ применяют на заводах большой мощности при выпуске однотипных изделий ограниченной номенклатуры. При этом способе технологическая линия работает по принципу пульсирующего конвейера, т. е. формы с изделиями перемещаются от поста к посту через строго определённое

время, необходимое для выполнения самой длительной операции. Разновидностью этой технологии является способ вибропроката, применяемый для изготовления плоских и ребристых плит; в этом случае все технологические операции выполняются на одной движущейся стальной ленте.

При стендовом способе изделия в процессе их изготовления и до затвердевания бетона остаются на месте (в стационарной форме), в то время как технологическое оборудование для выполнения отдельных операций перемещается от одной формы к другой. Этот способ применяют при изготовлении изделий большого размера (ферм, балок и т. п.). Для формования изделий сложной конфигурации (лестничных маршей, ребристых плит и т. п.) используют матрицы — железобетонные или стальные формы, воспроизводящие отпечаток ребристой поверхности изделия. При кассетном способе, являющемся разновидностью стендового, изделия изготовляют в вертикальных формах — кассетах, представляющих собой ряд отсеков, образованных стальными стенками. На кассетной установке происходят формование изделий и их твердение. Кассетная установка имеет устройства для обогрева изделий паром или электрическим током, что значительно ускоряет твердение бетона. Кассетный способ обычно применяют для массового производства тонкостенных изделий.

Наиболее значимым и трудоемким технологическим процессом в возведении железобетонных конструкций являются опалубочные работы.

Смазывание форм является обязательной технологической операцией при производстве сборных железобетонных изделий и строительстве зданий каркасно-монолитным методом. Смазка форм - технологическая операция при изготовлении железобетонных изделий, снижающая сцепление бетона к опалубке.

1.1.2 Требования к качеству поверхностей бетонных изделий

В соответствии с государственным стандартом ГОСТ 13015.0-83

«Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Общие технические

требования» бетонные поверхности конструкций подразделяют на категории А1 -

13

А7. При этом размеры раковин, местных наплывов и впадин на бетонной поверхности и околов бетона ребер конструкций не должны превышать значений, указанных в таблице 1.1:

Таблица 1.1- Требования к поверхности бетонных изделий

Категория Диаметр или Высота местного Глубина окола бетона Суммарная

бетонной наибол�