автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Аэрированные легкие бетоны и растворы с пористыми заполнителями и их применение в производстве стеновых камней и плит перегородок

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

На правах рукописи

КОЛОМИЕЦ Иван Васильевич

АЭРИРОВАННЫЕ ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ С ПОРИСТЫМИ ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕНОВЫХ КАМНЕЙ И ПЛИТ ПЕРЕГОРОДОК

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена на кафедре строительных материалов Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета

Научный руководитель:

почетный работник высшего специального образования РФ, кандидат технических наук, профессор Тихонов Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Петрова Татьяна Михайловна

кандидат технических наук,

главный научный сотрудник Веселова Светлана Иосифовна

Ведущая организация - Проектно-консгрукторско-технологический институт

Защита состоится " 16 " декабря 2003 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д212223.01 Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, ауд. 206.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан " '' " ноября 2003 г.

(ПКТИ).

Ученый секретарь диссертационного совета

Бадьин Г.М.

2-ос.з-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В связи с ростом объёмов жилищного строительства, в том числе малоэтажных 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.

По нашему мнению, создание цехов на отечественном оборудовании по производству стеновых камней и плит перегородок из аэрированного легкого бетона (АЛБ) на основе местных материалов, является одним из эффективных технико-экономических решений данной проблемы.

Актуальность темы данной работы определяется также современными требованиями "Изменения № 3, СНиП - 11-3-79** "Строительная теплотехника", предусматривающими повышение теплозащитных свойств наружных ограждений жилых домов.

Цель и задачи работы:

1. Разработать составы аэрированных легких бетонов (АЛБ) с использованием местных побочных продуктов промышленного производства: хвойных опилок ДОЗ и отходов пенополистирола (ППС), 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. Разработать проект технических условий "Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях" и технологический регламент их производства.

5. Провести экспериментальные заводские исследования изделий, изготовленных методом пластического формования с применением модифицированного скоростного аэросмесителя и разъемных форм (металлический поддон + съемная металлическая рамка).

6. Сделать технико-экономические расчеты эффективности производства изделий из АЛБ и ЛСКС.

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

Предмет исследования: рчг чгттгпгщ^прпги I ппмм^мк'тппг свойств аэрированных легких бетонов и сухю^Йв^^^^Ц^ительных растворов на

I 3 СЯетерв^г , А | о»

основе легких пористых заполнителей; разработка технологии и организации работы цеха по производству стеновых камней и перегородок из АЛБ.

Методика проведения исследований: Составление методических карт испытаний, теоретические и экспериментальные исследования технических и технологических свойств аэрированных легких бетонов и растворов, моделирование технологических процессов производства изделий на основе АЛБ.

Достоверность результатов исследовании подтверждается использованием стандартных методик и поверенного оборудования, значительным количеством проведенных экспериментов, выбором адекватных моделей и методов, сходимостью практических и теоретических результатов с данными испытаний в испытательных центрах, аккредитованных в Госстрое РФ.

Научная новизна. Предложен и исследован аэрированный легкий бетон с использованием хвойных опилок и отходов пенополистирола, портландцемента, природного немолотого мелкозернистого песка, воды и возду-хововлекающей добавки для производства стеновых камней и плит перегородок.

Разработана методика расчета и подбора состава аэрированных легких бетонов с использованием легких пористых заполнителей; исследованы ранее недостаточно изученные характеристики этих материалов; средняя плотность, прочность, пористость, теплопроводность, морозостойкость. Проведен сравнительный анализ свойств аэрированных легких бетонов с применением хвойных опилок, отходов пенополистирола, вспученного перлита и вермикулита.

Разработана агрегатно-поточная технология производства стеновых камней из аэрированного бетона (СКАБ) со съемными рамками форм-поддонов.

Исследованы составы и свойства сухих строительных смесей (ССС) для легких ("теплых") кладочных растворов на основе вспученного перлита и вермикулита. Подана заявка на изобретение.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны составы, исследованы свойства АЛБ с использованием пористых заполнителей. Подобрано оборудование, разработаны чертежи формооснаст-ки, бункеров-дозаторов, отработана технология производства стеновых камней и плит перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях для опытного цеха по производству изделий из АЛБ производительностью 5100 м}/год.

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

Изделия, изготовленные по разработанной технологии, реализуются на объектах строительства МПС РФ (ООО "Стройсервис", ООО "Магистраль"), в жилых домах, при строительстве коттеджей, хозблоков в Ленинградской области.

По данной технологии работают цеха в п. Рыбацком, Санкт-Петербург (ООО "Стройсервис") "й г',Лугё(000-"СКАБ").

' 4

* *г

На защиту выносятся следующие вопросы:

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

2. Результаты исследования составов, свойств сухих строительных смесей - легких кладочных растворов с применением вспученного перлита и вер-м и к у л и т а.

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

4. Технология производства стеновых камней и плит перегородок из АЛБ на основе пористых заполнителей; технико-экономические расчеты.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Юбилейной международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию кафедры "Строительные материалы" СПбГАСУ (2000 г.); международной научно-практической конференции "Реконструкция-Санкт-Петербурга" (2002 г.); международных конференциях "Batimix" - "Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес" (2002 и 2003 гг.); на 57,58, 59 научных конференциях СПбГАСУ, конференциях молодых ученых СПбГАСУ 2000-2003 гг.

По результатам работы опубликованы девять статей, подана заявка на изобретение, разработан один нормативный документ (технические условия) и подготовлен раздел "Стеновые материалы" мультимедийного учебно-информационного издания CD-ROM "Путеводитель по строительным материалам № 2", СПбГАСУ-ООО "Спаеро", 2003 г.

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

Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицу, 34 рисунка, список литературы из 152 наименований, а также приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ современной технологии производства и свойств легких бетонов, в том числе ячеистых (пено- и газобетонов), легких бетонов на пористых заполнителях. Особое внимание уделено особенностям производства бетонов на органических заполнителях (опилки, стружка т. д.). Обобщен опыт исследований в области аэрированных легких бетонов, в том числе на основе вспученного вермикулита и перлита.

Работами отечественных ученых: Комохова П. Г., Пожнина А. П., Са-талкина А. В., Сергеева А. М., Соломатова В. И., Соколовского В. Т., Тихонова Ю. М. и др. доказана эффективность применения скоростных аэросмесителей в производстве бетонов и растворов с широкой гаммой свойств.

Анализ литературных данных показал, что в России и за рубежом имеется богатый опыт исследований в области конструктивно-теплоизоляционных лёгких бетонов. Это прежде всего ячеистые бетоны, а также лёгкие бето-

ны с применением различных пористых заполнителей. Они достаточно широко используются в производстве стеновых материалов, плит перегородок. Наибольшее распространение получили газобетоны автоклавного синтеза со средней плотностью р0 = 500-800 кг/м5, теплопроводностью Л. = 0,15— 0,25 Вт/(м-К) и пределом прочности при сжатии Ясж = 1,0-7,5 МПа. Однако, энергоёмкость, сложность оборудования автоклавной технологии и обяза-

ТЯПГ ТТТ ТТ» ПП1ГЛП ПЛГЧГО тпдй» ГЛТ> ГТЛПТ ТПГЛГГТТТ IV ТГОГГЧТП ГТТ ГГТ »V ЧП>ГМАГГ

(мшишп и^ки 1 ^ V1 11иошш^ппи1л иакп х шшишл ос* » ро 1 •

Пенобетон также находит применение в современном строительстве как при монолитном бетонировании, так и при заводском производстве изделий. В сравнении с автоклавными газобетонами он имеет более низкий коэффициент конструктивного качества, но его себестоимость ниже. Выпускаются неавтоклавные пенобетоны с р0= 600-1200 кг/м3и пределом прочности при сжатии 0,5-3,0 МПа на молотом и немолотом природном песке. Их отличает значительный расход портландцемента и большие усадочные деформации.

Лёгкие бетоны на пористых заполнителях, в том числе поризованные -самый распространённый вид конструктивно-теплоизоляционных бетонов в СССР доперестроечного периода. В зависимости от вида пористого заполнителя они делятся на керамзитобетоны, аглопоритобетоны, перлитобето-ны, вермикулитобетоны и др.

В стране имеется опыт изготовления арболита и опилкобетонов, особенно гипсобетонов, которые готовятся с применением побочных продуктов лесопиления и деревообработки, что делает экономически привлекательным производство изделий на их основе.

Аэрированный лёгкий бетон на пористых заполнителях - сравнительно новый материал, совмещающий в себе свойства, как пенобетонов, так и лёгких бетонов на пористых заполнителях, выгодно отличаясь от них повышенной прочностью, морозостойкостью, меньшим расходом вяжущего.

Анализ литературных данных позволил сформулировать цели и задачи исследований.

Основной целью данной работы является разработка составов и технологии изготовления аэрированных лёгких бетонов и растворов с применением пористых мелкозернистых заполнителей и промышленное освоение изделий на их основе.

Во второй главе представлены методики испытаний и характеристика использованных в работе материалов.

б соответствии с методическими картами проведены испытания вяжущих, природного песка, пористых заполнителей (хвойных опилок, отходов пенополистирола, вспученных перлита и вермикулита), а также специальных добавок - исходных материалов для производства АЛБ и лёгких сухих кладочных смесей (ЛСКС).

Проведены исследования пористых заполнителей: средняя плотность, пористость, теплопроводность, водопоглощение. В частности, средняя плотность хвойных опилок колебалась в пределах 120-160 кг/м3, отходов пенопо-

листирола - 10-22 кг/м\ вспученного перлита 70-95 кг/м3, вспученного вермикулита 130-145 кг/м5.

Минимальным водопоглощением обладает стружка экструзионного пенополистирола (пеноплекс) - 5-20,5%, максимальным - хвойные опилки -180-250%.

Вспученные перлит и вермикулит, использовавшиеся в работе, относится к особо лёгким, высоко пористым сыпучим материалам (табл. 1).

Таблица 1

Зависимость насыпной плотности, пористости и пустотности вспученных заполнителей от размера зёрен

Вид пористого заполнителя Наименования свойств Ф ракции, мм

1,25- V 0,631,25 0,3150,63 0,140,315 менее 0,14

Вспученный перлит (Арагацкое месторождение, Армения) Насыпная плотность, кг/м* 92 65 70 93 136

Истинная пористость, % 86,1 97,2 97,0 96,1 94,3

Межзерновая пустотность, % 56,6 62,6 60,4 52,8 50,0

Вспученный вермикулит (Ковдорское месторождение, Мурманская область) Насыпная плотность, кг/м3 116 127 150 252 450

Истинная пористость, % 95,2 94,7 96,0 89,5 81,3

Межзерновая пустотность, % 76,2 63,1 69,9 72,4 75,0

Хвойные опилки, полученные поперечной распиловкой и лесорамные близки по своим свойствам (табл. 2) и могут использоваться в производстве АЛБ.

Таблица 2

Основные свойства хвойных опилок

Наименование предприятия и вид опилок Насыпная плотность, кг/м' Истинная плотность, кг/м3 "у § X ё ё к « § 6 Истинная пористость части, % Истинная пористость опилок, % Водопоглощение по массе, % Частые остатки ва сигах, мм

2,5 1,25 0,63 0315 менее 0315

ЛПЗ п. Рыбацкое, лесорамные 120150 1490 520 60,4 89,9 200-250 52 21,4 19,6 5 2

Невский ДОЗ,

поперечной 140-

распиловки 190 1490 450 69,0 80,7 180-230 50,4 32,0 12Д 3 2,4

Учитывая вышеизложенное, при приготовлении АЛБ и изделий на его основе были минимизированы возможные негативные воздействия опилок на цементный камень в АЛБ:

• Применялись опилки только хвойных пород.

• Содержание опилок в АЛБ было сведено к минимуму и не превышало 400 -500 л/м\ или 50-60 кг на 1 м3 СКАБ. К примеру, на производство 1 м3 арболита идет ¡60-240 кг органического заполнителя.

• Использовались хвойные опилки, возраст которых не превышал 6 месяцев.

• В ряде случаев, например, при регулировании набора пластической прочности СКАБ, возможна дополнительная минерализация и антисепти-рование опилок за счёт применения жидкого стекла и кремнефторида натрия

При подборе составов АЛБ для производства плит перегородок с хвойными опилками в качестве лёгкого пористого заполнителя использовались отходы производства пенополистирола (ППС) завода "Изотэк", г. Колпино и экструзионного ППС (ЗАО "Пеноплекс" г. Кириши), основные свойства которых представлены в табл. 3.

Использование в производстве АЛБ таких особо лёгких заполнителей как ППС с насыпной плотностью 10-15 кг/м3 в количестве 400-500 л/м3 позволяет получать бетоны с р0 = 700 - 800 кг/м3, Я2"^ = 2.0 - 3,5 МПа. Это близко техническим показателям газобетонов автоклавного синтеза, которые используются для производства плит и камней перегородок.

Анализ отходов показал, что частицы экструзионного ППС обладают меньшим водопоглощением по сравнению с аналогичным показателем бисерного, а также и хвойных опилок. По сравнению с опилками отходы ППС имеют значительно меньшие показатели насыпной плотности: р"пш.= 10-22 кг/м3, Р"опилок= 120-190 кг/м3, средняя плотность частиц в куске рппс = 25-45 кг/м3, р„1Т= 450-520 кг/м3. Теплопроводность \т= 0,035-0,040 Вт/(м-К), \>пило11 = = 0,15-0,17Вт/(м-К).

Таблица 3

Технические свойства отходов ППС

Изготовитель Вид ППС Свойства

Форма частиц Цвет Насыпная плотность, кг/м3 Средняя плотность, кг/м3 Водопогло-щение, % по массе Межзерн. пустотность, % Теплопроводность,Вт/(м-к)

ООО «Изотэк» Бисерный Кусок Белый 10 25 20.5 48.2 0.035

ЗАО кПеноплекс» Экструз. Стружка Оранж. 22 45 5 43.1 0.04

Готовилась смесь (отходы ППС + природный песок или отходы ППС + хвойные опилки + природный песок), которая загружалась в горловину аэросмесителя после приготовления поризованного цементного теста. Как пока-

8

зал ситовой анализ полученных АЛ Б, куски ППС при перемешивании в аэросмесителе измельчались до размера гранул диаметром 3-8 мм, которые равномерно распределяются в АЛБ. Опыт показал также что, если засыпать в аэросмеситель куски пенополистирола последними, то эти частицы всплывают, что требует дополнительного перемешивания смеси (увеличение продолжительности приготовления смеси на 30-40 %).

П — " чт т" I I. _. ..1Щ ПППД1П(ППАТП1Т 1А ПАШ/Г1^ »V 1ППЛ1И1 и'ИАПаМ

влияют на технические свойства АЛБ, это учитывалось при производстве изделий на его основе. Так например, особо легкие пористые заполнители -отходы ППС использовались в производстве плит перегородок с плотностью 700-800 кг/м3.

В третьей главе приведены результаты исследования аэрированных легких бетонов (АЛБ) с использованием мелкозернистых пористых заполнителей для производства стеновых камней и плит перегородок, в том числе:

• предложен расчет и подбор составов АЛБ по методу "поровых объёмов";

• выявлены особенности приготовления АЛБ в скоростных смесите-лях£ последовательность загрузки составляющих, время приготовления, соотношение составляющих и другие факторы;

• определены основные свойства АЛБ: средняя плотность и прочность, пористость и теплопроводность, усадочная деформация, морозостойкость, водопоглощение, сорбционная влажность АЛБ;

• исследованы сухие смеси для кладочных легких растворов.

Использование метода "поровых объёмов" при расчете составов АЛБ

с применением пористых заполнителей позволило перейти к более рациональному способу подбора составов этих бетонов по сравнению с применявшимся ранее методом последовательных приближений.

В основе раочёта по этому методу лежит предположение, что объём высушенного до постоянной массы АЛБ, принятый за единицу, представляет собой сумму объёмов:

где абсолютный объём твёрдых фаз бетона; V™- объём пор в бетоне, или истинная пористость; + Кп* + РД - абсолютные объёмы цементного камня, песка и пористого заполнителя; У", - объём пор в бетоне от воды

затворения; ^пав ~ объём вовлеченного воздуха; кд - объём пор от введения пористого заполнителя.

Расчёт начинается с определения расхода цемента (в т. на 1 м3 АЛБ) по формуле:

1 = У + = У + V + У' + у + V" + У

1 + 'пор + + + + ПАВ т Уа

Л" иг

0)

ц _ _ 0,05, ККи

я

где Яллв - марка АЛ Б; Яп - марка цемента; К- коэффициент, учитывающий качество песка (для мелкого песка К = 0,6-0,7).

Далее определяется истинная пористость проектируемого бетона:

т/ист _ РиД ~ Ро

•пор — , !->)

о.

где ро - заданная средняя плотность бетона, кг/м3, р£рб - средневзвешанная истинная плотность АЛБ, определяемая по формуле

ср _ Ри.п.тп. Ри.ц.к.^ц.к. + Ри.п.з.^п.з.

р--5 .

гДв Ри.п.» Рн.цк'Рип.з.- истинная плотность природного песка, цементного камня, пористого заполнителя; тп , /ицк , тпъ - масса вышеупомянутых материалов соответственно.

Поскольку абсолютный объём твердых фаз затвердевшего,

высушенного до постоянной массы АЛБ представляет собой сумму абсолютных объёмов цементного камня, песка и пористого заполнителя, он рассчитывается по формуле:

т/а _ тц.к. , , тпл тв.ф. ---+-+-' ^

Ри.ц.к. Ри.п. Ри.п.з.

где /яц к =а-Ц~ масса цементного камня (Ц - расход цемента, кг, а -коэффициент, учитывающий количество химически связанной воды для гидрации и гидролиза цемента в течение 28 суток твердения, а = 1.15); ти 3 -масса пористого заполнителя берется, исходя из данных, полученных предшествующими исследователями АЛБ, поскольку пористые заполнители (вспученный перлит, вспученный вермикулит, хвойные опилки) имеют

насыпную массу в пределах рн = 100-190 кг/м3, обладают малой механической прочностью и высокой пористостью, их вводят в АЛБ как дополнительные средства поризации Например, в наших опытах расход хвойных

опилок составил 400 л на I м3 АЛБ с Ро = 1200 кг/м и 500 л - на I м3 АЛБ с

р0 = 1000 кг/м3 .

Расход природного песка на 1 м3 АЛБ находится из уравнения:

п _ /Т/а тц.к. тп.-). \

11 = (»тф.---"Г-)Рп■ (6)

Ри.ц.к. Ри.п.з.

Расход воды определяется, зная расход цемента (Ц) и В/Ц = 0,8-0,9, что обеспечивает АЛБ-смеси высокую подвижность с осадкой конуса, равной 810 см.'

Аэрированный легкий бетон на пористых заполнителях - это сложная гетерогенная система, в которой формирование порового пространства обусловлено следующими факторами:

1 - аэрирование - воздухововлечение в скоростном смесителе за счет введения ПАВ;

2 - поризация за счет избыточной воды затворения;

3 - поризация частицами пористого заполнителя.

После определения истинной пористости АЛБ, последовательно определяется объём пор от воды затворения, от наличия пористого заполнителя, и, наконец объём пор от воздухововлечения.

Объём пор от воды затворения ( К"вэ) определяем в зависимости от расхода воды (В) и количества воды, связанной портландцементом в процессе нормального твердения в течение 28 сут. (В%хя = Ц х р, где Ц - расход цемента на 1 м1 СКАБ), р - коэффициент, учитывающий химически связанную воду).

Общий объём пористого заполнителя на приготовление на 1 м3 АЛБ определяется по формуле:

V -Лк пз- „

рип

(7)

где - масса пористого заполнителя; - его насыпная плотность. Этот объём можно рассматривать как сумму

V =УЯ +П +УВ (8)

г п.з. 'пл. ^'п.з.» у '

где - абсолютный объём пористого заполнителя; #м - межзерновая

пустотносгь заполнителя; - объём пор в зернах пористого заполнителя.

Объём пор в АЛБ, формируемых зернами пористого заполнителя можно определить по формуле:

т/п _ тп.з. тпз.

р ' (9)

Ин.П.З. ГИ.П.З.

тогда объём пор от аэрирования составит

уп уксг _уп _уп по>

г пав 'пор 'п.з. в.з.

Далее определяется расход ПАВ, необходимый для образования этого объёма пор. Поскольку в действительности порообразователь неполностью

П

используется на создание пористости в АЛБ-смеси, его расход принимают несколько большим по сравнению с расчетным:

(11)

где к —объём пены, получаемый из ! кг ПАВ, в пересчёте ня сухое вещество; ап- коэффициент использования порообразователя.

После изготовления образцов, их выдержки, определяются технические свойства АЛБ.

В табл. 4 представлены сведения о пористости АЛБ на хвойных опилках, предназначенных для изготовления стеновых камней.

Таблица 4

Средняя плотность и пористость АЛБ

Средняя плотность, кг/м3 'пор » Объём пор в %, в том числе

г,, ГЛАВ v.,

1000 60 15 32,8 12,2

1200 54 18 26,8 9,2

По табл.4 доля пор, сформированных воздухововлечением, для АЛБ со средней плотностью 1000-1200 кг/м3 составляет 26,8-32,8% от общего объёма пор в материале. Приблизительно 1/4-1/3 всего объёма пор образованы в результате избыточного водозатворения и 17-20%- хвойными опилками.

Один из составов АЛБ с использованием хвойных опилок, рекомендованный к производству: портланцемент марки М400-270 кг, песок природный с модулем крупности М = 2 - 600 кг, хвойные опилки - 400 л или 80 кг, В/Ц = 0,8-0,9, ОП-7 - 0,75 л (расход материалов на 1 м} стеновых камней).

Средняя плотность и прочность АЛБ могут регулироваться следующими факторами: расходом воды, типом и расходом вяжущего, насыпной плотностью пористого заполнителя и его количеством, типом и количеством ПАВ, видом аэросмесителя, продолжительностью аэрирования.

В целом теплопроводность аэрированных бетонов ниже аналогичного показателя пенобетонов при равной средней плотности, что объясняется мелкопористым строением и наличием мелкозерновых легких пористых заполнителей.

Исследования показали, что кинетика роста прочности твердеющих АЛБ-смесей зависит от ряда технологических факторов. Повышение температуры АЛБ при её приготовлении в скоростном аэросмесителе ускоряет набор пластической прочности (рис. 1). Так, после 5 мин перемешивания в лабораторном аэросмесителе с частотой вращения 800 об/мин температура АЛБ-смесей увеличилась с 16 до 30°С, что связано с абразивным действием песка. В обычном смесителе при частоте вращения, равной 70 об/мин, температура смеси составляла 17°С (№ 3 на рис 1).

101_

0 12 3 4 5 6 7 (.мин

Рис. 1. Зависимость температуры АЛБ-смеси от времени перемешивания. 1 - аэрированный перлитобетон; 2 - аэрированный вермикулитобетон; 3 - опилкобетон, приготовленный в обычном смесителе; 4 - аэрированный опилкобетон

Результаты определений рН жидкий фазы приведены рис. 2. После двух минут перемешивания смеси на портландцементе М-400 рН возрастает с 7 до 12, а в обычном - только до 9 (№ 4 на рис.2). Это свидетельствует о более высокой скорости гидратации вяжущего в аэросмесителе. Как следствие, прочность АЛБ растёт быстрее по сравнению с аналогом - неаэрированным лёгким бетоном.

Рис. 2. Зависимость рН жидкой фазы от продолжительности перемешивания бетонной смеси.

1 - перлитобетонная смесь, приготовленная в аэросмесителе; 2 - вермикулитобетонная смесь, приготовленная в аэросмесителе; 3 -опилкобетонная смесь, приготовленная в аэросмесителе; 4 - опилкобетонная смесь, приготовленная в обычном смесителе

Изучено влияние ряда технологических факторов на кинетику изменения пластической прочности (ПП) АЛБ-смесей, когда достигается так называемая распапубочная прочность, достаточная для удаления бортовой оснастки (рис. 3).

Введение жидкого стекла и кремнефторида натрия сокращает продолжительность выдержки изделия в форме перед распалубкой, стабилизирует пену. При этом происходит минерализация хвойных опилок и их антисепти-рование. Это способствует активации вяжущего и набору пластической прочности АЛБ.

о /S is (0 tf se tes ne as /«? /лг t. *<-*

Рис.3. Кинетика изменения пластической прочности легкобетонной смеси. 1 - АЛБ, приготовленный в аэросмесителе; 2 - то же с подогревом воды затворения до 60°С; 3 - приготовление в обычном растворосмесителе; 4 - АЛБ, приготовленный в

3

аэросмесителе с добавлением 5% жидкого стекла, р = 1,4 г/см ; 5 - то же с добавлением

1% Na2SiF6 (состав: п/цемент - 270 кг, песок - 600 кг, хвойные опилки - 60 кг, вода - 260 л, ОП-7 - 0,75 л)

Технологические приемы, ускоряющие процесс нарастания ПП повышают производительность работы: сокращается время выдержки свежеот-формованных изделий, ускоряется оборачиваемость форм.

Впервые разработаны составы и исследованы свойства АЛБ с применением хвойных опилок для производства стеновых камней. Получены материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 26820-83 "Бетоны легкие. Технические условия", ГОСТ 6133-84 "Камни бетонные стеновые" и ТУ 5741-001-02068580-02. Их основные характеристики:

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

- предел прочности при сжатии R^.- 5,0-10,0 МПа (класс АЛБ - В3,5-В7,5);

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

- сорбционная влажность W^ = 6-8%;

- морозостойкость F = 25-35 циклов.

Характерными особенностями аэрированных опилкобетонов также являются: малые усадочные деформации при твердении (менее 0,4 мм/м); высокая ударная прочность, легкая обработка.

Подобраны составы и определены технические характеристики АЛБ с использованием отходов пенополистирола. Составы со средней плотностью р0= 800-1000 кг/м' предназначены для производства плит межкомнатных перегородок (см. табл. 7.).

Разработанные лёгкие сухие кладочные смеси (ЛСКС) предназначены для получения растворов М-50-М-100, р0 = 1000-1300 кг/м\ X = 0,2814

0,32 Вт/(мК). Они готовятся с применением в основном местных материалов: морского песка, портландцемента М500, извести-пушонки, вспученных перлита и вермикулита, воздухововлекающих и пластифицирующих добавок (сульфонола и лигносульфоната). Эти материалы отвечают требованиям ГОСТ 28013-98, предъявляемые к лёгким кладочным растворам (табл. 5, рис. 4).

Таблица 5

Характеристика ЛСКС оптимального состава

Расход материалов на 1 м3 2 Водоудерживнющая способность, % Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, МП» Средняя платность, кт/м'

Вид ПАВ ПАВ. кг ЦП, кг Известь-пушонка "г Е 1 >5 2 X £ ь и ш и * о V С т Осадка конуса, с Плотное основание Пористое основание Плотное основание Пористое основание

Сульфокол 2 11 96,1 5,55 5,25 1118 1160

400 50 0,4 700 275

ь 09 X

! о 2 12 90,4 7,55 6,46 1390 1380

Ч

Сравнение основных технических характеристик ЛСКС, полученных с использованием ПАВ, показывает, что выход растворной смеси одного и того же состава выше на 20 % с применением сульфонола, при практически тех же показателях подвижности и зодоудерживающей способности смеси. При этом несколько ниже средняя плотность растворов на сульфоноле (р0 = 11601180 кг/м3 против р„ = 1380-1390 кг/м3 на лигносульфонате). В то же время показатели прочности, наоборот, выше у состава с лигносульфонатом. Это может быть объяснено тем, что микроплёнки ПАВ, оседающие на поверхности зёрен портландцемента, в случае применения сульфонола более гидро-фобны, что замедляет гидратацию клинкерных минералов портландцемента в первый месяц твердения.

В четвертой главе приведены результаты работы в опытном цехе по производству изделий из аэрированного бетона. Разработаны технические условия "Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного лёгкого бетона на пористых заполнителях" (ТУ 5741-001-02068580-02) и технологический регламент работы цеха.

о. к., см

ПВ ПВ ПВ ПВ

без ПАВ без ПАВ сульфонол лигносульфонэт без извести- с известью- с известью- сизвестыо-пушонки пушонкой пушонкой пушонкой

Рис. 4. Зависимость подвижности легких кладочных растворных смесей от состава. Состав смесей: ПЦ - 350 кг, вспученный заполнитель - 400 л, песок - 775 кг, вода - 280 л.

П - с применением вспученного перлита; В - с применением вспученного вермикулита;

1 - состав без добавления извести-пушонки и без ПАВ; 2 - состав с добавлением извести-пушонки - 50 кг/м3 (без ПАВ); 3 - состав с добавлением извести-пушонки -50 кг/м3 (ПАВ - сульфонол - 2 кг/м3); 4 - составы с добавлением извести-пушонки -50 кг/м3 (ПАВ - лигносульфонат - 2 кг/м3).

Предложена технологическая схема производства СКАБ с применением хвойных опилок и других пористых заполнителей, пущен в эксплуатацию цех производительностью 5,1 тыс. м3 изделий в год (рис. 5), работающий по поточно-агрегатной технологии. Способ изготовления изделий - пластическое формование.

Подобрано и спроектировано нестандартное оборудование: самоходный скоростной аэросмеситель турбулентного типа с двумя системами лопастей (нижние лопасти у дна аэросмесителя - для взбивания пены, верхние -для турбулентного перемешивания); специальная формооснастка со стальными поддонами и съёмными рамками. При этом расход металла снижен вдвое по сравнению с традиционно используемыми формами с разборными стенками.

Схема производства СКАБ (рис. 5) включает следующие агрегаты:

1 - силос для хранения портландцемента; 2 - шнековый питатель для транспортировки портландцемента; 3 - объёмный дозатор портландцемента; 4 - склад для природного песка; 5 - транспортер песка в объёмный дозатор песка; 6 - объёмный дозатор песка; 7 - склад пористого заполнителя (опилки, вспученный перлит, вспученный вермикулит, крошка пенополистирола); 8 - транспортер пористого заполнителя в объёмный дозатор пористого заполнителя; 9 - ёмкость для воздухововлекаюшей добавки; 10 - аэросмеси-

тель скоростной турбулентного типа на тележке и рельсовом пути; 11 - формы-поддоны металлические; 12 - формообразующие рамки металлические; 13 - дозатор воды; 14 - ёмкость для смазки форм; 15 - тельфер; 16 - пропарочная камера; 17 - автопогрузчик; 18 - автотранспорт для поставки сыпучих материалов.

Технические характеристики СКАБ и плит перегородок приведены в табл. 6 и табл. 7..

Таблица б

Технические характеристики СКАБ

Наименование показателя Величина показателя Методика определения показателя

Средняя плотность, кг/м3 То же с учётом пустот 1000, 1100,1200, 800,900, ГОСТ 12730.1-78

Класс бетона В 3,5-7,5 ГОСТ 10180-78 (с изменениями)

Предел прочности при изгибе, МПа 1,5-3,0

Теплопроводность, Вт/(м-К) 0,2-0,35 ГОСТ 30256-94

Отпускная влажность, % по массе, не более 10 ГОСТ 12730.2-78

Морозостойкость, циклы, не менее 25 ГОСТ 10060.2-95

Водопоглощение, % по массе 10-20 ГОСТ 12730.3-78

Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 1050-1400 ГОСТ 12730.1-78

Подвижность бетонной смеси (О.К), см 8-10 ГОСТ 28013-98

Анализ литературных данных, опыт работы экспериментального цеха по производству СКАБ позволили нам систематизировать производственные факторы, влияющие на технические свойства АЛБ, и разработать алгоритм построения оптимальной структуры технологии производства изделий из АЛБ (рис. 6).

Исходя из материальных затрат при строительстве опытного цеха СКАБ по производству стеновых камней из аэрированного лёгкого бетона на хвойных опилках, были определены структура капитальных затрат на его строительство и технико-экономические показатели. При годовой программе цеха 5100 м' изделий в год окупаемость составляет 1,83 года при уровне рентабельности 23,07 %. Отпускная цена - 1177,2 руб. Это ниже, чем у изделий из ячеистого бетона или керамзитбетона (1500-1800 руб/м3).

Применение съёмных рамок при производстве СКАБ позволило снизить металлоёмкость формооснастки по сравнению с традиционно применяющимися формами с разъёмно-откидными бортами. Это дало снижение капитальных затрат: 147000 - 18375 = 128625 руб., что составляет 23,33 % всех затрат на оборудование, машины и механизмы. Кроме того, производительность труда по сборке-разборке формы, их чистке и смазке, а также распалубке свежеотформованных СКАБ повысилась в 1,5 раза.

сЗсЯгюст^хн-'-';^!^'

РГ*.......>< * г

ж»:

ЧщЦ!

опилки (перлш,

^ БЕРМиКУЛиТ

Рис. 5. Схема производства стеновых камней из аэрированного легкого бетона (СКАБ) с применением пористых заполнителей

Рис. 6. Алгоритм оптимальной структуры производства изделий из АЛБ на пористых заполнителях 19

Технико-экономические показатели и области применения плит перегородок на основе АЛБ приведены в табл. 7.

Таблица 7

Технико-экономические показатели плит перегородок на основе аэрированных легких

бетонов и области их применения в строительстве

Наименование Состав 1 Состав 2 Состав 3 ' Состав 4

П»п пллилтлгл чя. Л» полнителя Вспученный вермикулит Вспученный перлит, опилки Опилки, пе-нополисгирол Пено-полистирол

Средняя плотность, кг/м3 1200 1000 800 600

Предел прочности при сжатии, МПа 7,5-10 7,5 3,5-5 3,5-2,5

Огнестойкость Весьма высокая Высокая Трудногорючий материал Трудногорючий материал

Показатель изоляции от воздушного шума при толщине 80 мм, дБ 50 42 38 34

Морозостойкость 35 25-35 - -

Отпускная цена, руб/м3 ■ на 1.01.2001 900-1000 800-1000 600 650

Рекомендуемые области применения Перегородки: огнезащитные, для стен лифтовых шахт, межквартирные Межквартирные и огнезащитные перегородки Межкомнатные перегородки Межкомнатные перегородки

На основе лабораторных и опытно-промышленных исследований, было предложено несколько рецептур ЛСКС. Расход материалов на 1 м3 сухой смеси на основе вспученного перлита и стоимость материалов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Ориентировочный расчёт отпускной цены 1 м3 ЛСКС на основе вспученного перлита (с округлением)

Расход на 1м3 Стоимость Стоимость

Наименование материала единицу продукции, руб. материалов на 1 м3,руб

Вспученный перлит М-100, м3 0,4 960 384

Портландцемент М-500, т 0,4 1500 600

Известь-пушонка, II сорт, т 0,05 2500 125

1есок морской, размер фракции < 2,5 мм, т 0,7 340 238

Гульфонол, кг 2 30 60

•Срафт мешки для ЛСКС М-25, шт. 40 4 160

Итого 1567

Сухие строительные смеси на основе вспученного перлита производства ЗАО "Петроперлита" внедрены на объектах строительства ЗАО "Строй-импульс".

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, водопогло-щения.

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 В^- 5,0-10,0 МПа (класс АЛБ - В3,5-В7,5);

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

- сорбционная влажность = 6-8 %;

- морозостойкость Б = 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 си = 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, р0 = 1000-1300 кг/м3, 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 пласти-

фицирующих добавок (сульфонола и лигносульфоната).

7. Разработана технологическая схема производства СКАБ с применением хвойных опилок и других пористых заполнителей по агрегатно-поточ-ной 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, пневмозатво-ром 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 р0 = = 800кг/м3, 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 р0 = 1200 кг/м3 показал, что они ниже стоимости сухой смеси кладочного раствора "Плитонит-кг".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Коломиец И. В. Сравнительный анализ строительных свойств аэрированных и ячеистых лёгких бетонов. / Труды молодых учёных СПбГАСУ.: СПб. 2000. - С. 88-90.

2. Коломиец И. В. Аэрированные лёгкие бетоны и их применение в производстве "тёплых" оснований полов со звукоизоляцией из вспененного полиэтилена / Труды молодых учёных СПбГАСУ.: СПб. 2001.-С. 117-121.

3. Коломиец И. В., Тихонов Ю. М. Применение аэрированных лёгких бетонов в производстве стеновых камней, плит перегородок и "тёплых" стяжек полов. - В кн.: Доклады 57-ой научной конференции СПбГАСУ.: СПб. 2000. - С. 123-124.

4. Коломиец И.В., Платонова Н. М., Тихонов Ю. М. Концепция форми-

22

рования поровой структуры аэрированных лёгких бетонов с использованием пористых заполнителей. - В кн.: Юбилейный сборник трудов к 100-летию кафедры "Строительные материалы" СПбГАСУ.: СПб. 2000. -С. 63-70.

5. Коломиец И. В., Тихонов Ю. М. Аэрированные лёгкие бетоны с использованием пористых местных заполнителей. - Межвузовский тематический сборник трудов. Доклады 58-ой научной конференции СПбГАСУ.: СПб. 2001. - С. 119-120.

6. Коломиец И.В. Особенности подбора состава аэрированного легкого бетона (АЛБ) при производстве стеновых камней (СКАБ) и плит перегородок. - В кн.: Доклад 59-й научной конференции СПбГАСУ.: СПб. 2002. 4.2./С97-99.

7. Тихонов Ю. М., Коломиец И. В., Городецкий М. С. Разработка рецептуры лёгких сухих растворных смесей (ЛСРС) на основе вспученного перлита и вермикулита. / Сборник тезисов. II международная конференция Batimix "Сухие строительные смеси для XXI в: технологии и бизнес". - СПб.: Союз производителей сухих смесей, 2002. С. 35-38.

8. Коломиец И.В. Раздел "Стеновые материалы". - В CD-ROM "Путеводитель по строительным материалам № 2". - СПб.: СПбГАСУ. - СПАЕРО. 2002.

9. Тихонов Ю. М., Коломиец И. В., Бахтин А. А. Легкие и теплоизоляционные сухие смеси на основе вспученного перлита и примеры их применения / Сборник тезисов III международной конференции Batimix "Сухие строительные смеси для XXI в: технология и бизнес" - СПб.: Союз производителей сухих смесей. 2003. С. 23.

Подписано к печати 04.11.2003. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 244.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

2.05-gy »20565

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.

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.

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".

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