автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование физико-механических свойств полистиролбетона как материала для ремонта стен из ячеистых бетонов

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Общие сведения о разрушении изделий из ячеистых бетонов

1.2. Причины и характер повреждений стен из ячеистых бетонов

1.3. Виды повреждений и методы ремонта стен

1.4. Существующие составы для ремонта стен

1.5. Полистиролбетон как строительный материал

1.5.1. Основные свойства полистиролбетона

1.5.2. Перспективные направления использования полистиролбетона .:.

1.5.3. Предпосылки применения полистиролбетона для ремонта стен из ячеистых бетонов

1.6. Выводы по главе и задачи исследования

Глава 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика исходных материалов

2.1.1. Гранулированный пенополистирол

2.1.2. Вяжущие вещества.

2.1.3. Ячеистый бетон

2.2. Методы исследования

2.2.1. Исследование физико-механических свойств полистиролбетона

2.2.2. Исследование физико-механических характеристик композиции газобетон-полистиролбетон

2.2.3. Методы постановки экспериментальных исследований

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ

ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА С ГАЗОБЕТОНОМ

3.1. Теоретические основы исследования прочности сцепления

3.2. Исследование возможности подбора состава пенополистирольного заполнителя с минимальной пустотностью

3.2.1. Аналитический метод определения плотности упаковки гранулированного материала

3.2.2. Оптимизация гранулометрического состава пенополистирольного заполнителя

3.3. Оптимизация кольматирующего состава для предварительной обработки поверхности газобетона

3.4. Исследование влияния плотности газобетона, вида и количественного содержания вяжущего в составе полистиролбетона на прочность композиции газобетон-полистиролбетон

3.5. Выводы по главе

Глава 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДВУХСЛОЙНОЙ

КОНСТРУКЦИИ ГАЗОБЕТОН -ПОЛИСТИРОЛБЕТОН

4.1. Оценка долговечности композиции газобетон - полистиролбетон

4.2. Методика оптимизации состава полистиролбетона для ремонта стен из газобетона

4.3. Выводы по главе

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА ДЛЯ РЕМОНТА ГАЗОБЕТОННЫХ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ

Высокие теплотехнические показатели и относительно низкая себестоимость стеновых панелей из ячеистого бетона в сравнении с другими стеновыми материалами обусловили их массовое применение в строительстве зданий различного назначения.

Вместе с тем, длительный опыт эксплуатации зданий со стеновыми панелями из автоклавного газобетона на цементно-известковом вяжущем выявил и некоторые проблемы.

В частности, из-за ошибок при конструировании и возведении таких стен, а также из-за неисправности систем водоотвода атмосферных осадков с кровли, происходит замачивание стен, что при отсутствии специальной защиты приводит к преждевременному разрушению стенового ограждения и увеличению теплопотерь через стены.

Повреждения стен портят внешний вид зданий, снижают их теплотехнические качества и долговечность, приводят к существенным материальным и финансовым затратам на текущий и капитальный ремонт стен, а также к росту расходов на отопление зданий.

Анализ рекомендуемых в специальной литературе способов ремонта стен из ячеистых бетонов (например, поризованными растворами, керамзитобетоном, кладкой из мелких ячеистобетонных элементов), показал, что они имеют существенные недостатки и практически не применяются.

Существует потребность в более совершенном материале для ремонта таких стен. Такой материал должен обеспечивать восстановление теплотехнических характеристик стенового ограждения, быть технологичным в производстве и отвечать условиям экономической целесообразности.

Этим требованиям соответствует полистиролбетон, который по физико-техническим характеристикам близок к газобетону. 6

Цель работы - изучить возможность использования полистиролбетона для ремонта стен из газобетона, подобрать наиболее эффективные составы полистиролбетона, отвечающие заданным физико-техническим и теплотехническим требованиям, и разработать технологию нанесения этих составов на поврежденную поверхность стен.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации, имеющие научную новизну:

- разработаны принципы оптимизации технологии ремонта стен из газобетона, позволяющие получить двухслойную композицию газобетон -полистиролбетон с требуемыми механическими свойствами и улучшенными теплотехническими показателями;

- установлена зависимость прочности композиции газобетон -полистиролбетон от состава полистиролбетонной смеси для газобетона марок 0500 и Б600;

- выявлены зависимости прочности композиции газобетон марки Б600 - полистиролбетон от состава полистиролбетонной смеси при циклическом замораживании и оттаивании;

Практическая ценность работы.

Установлены оптимальные составы полистиролбетона, позволяющие получить композицию газобетон-полистиролбетон с наилучшим сочетанием прочностных и теплозащитных показателей, отвечающих требованиям экономической целесообразности применения выбранного состава для ремонта газобетонных стен. Разработана технология нанесения полистиролбетонной смеси на поврежденные поверхности стен из газобетона, отличающаяся применением полимерцементной композиции в качестве клеевого слоя между газобетоном и полистиролбетоном. 7

На основании результатов исследования разработана инструкция по ремонту стен промышленных и гражданских зданий из газобетона полистиролбетоном. Положения инструкции прошли опытно-промышленную проверку. Согласно инструкции в августе 1998 года выполнен ремонт поврежденных стеновых панелей из газобетона одного из зданий ЗАО ПКФ «ЖБК-7» в г. Перми. Учитывая положительный опыт ремонта стен полистиролбетоном, данный способ рекомендован для широкого применения в практике ремонтно-восстановительных работ.

Апробация и публикации.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- «51-й Международной научно-практической конференции молодых ученых с участием студентов, аспирантов и докторантов» в г. Санкт-Петербурге (1997 г.);

- научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии, материалы и оборудование в современном строительстве и реконструкции зданий» в г. Перми (1998 г.);

- Ш-й научно-практической конференции «Проблемы строительной теплофизики систем микроклимата и энергосбережения в зданиях» в г. Москве (1998 г.);

- научно-практической конференции «Качество строительства - основа работы в рыночных условиях» в г. Перми (1998 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в 4 статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 87 наименований, приложений на 73 страницах и содержит 207 страниц машинописного текста, 21 таблицу и 35 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны принципы оптимизации технологии ремонта стен из газобетона, позволяющие получить двухслойную композицию газобетон -полистиролбетон с требуемыми механическими свойствами и улучшенными теплотехническими показателями;

2. Оптимизирован безусадочный состав поливинилацетатцементной композиции, предназначенный для обработки ремонтируемой поверхности газобетона непосредственно перед укладкой полистиролбетонной смеси с целью кольматирования открытых поверхностных пор газобетона и увеличения тем самым площади контактной поверхности между газобетоном и полистиролбетоном.

Установлено, что прочность сцепления полистиролбетона, нанесенного на поврежденные участки газобетона, обработанного поливинилацетатцементной композицией, в 2-3 раза превышает прочность сцепления полистиролбетона при нанесении его на неподготовленную поверхность газобетона и в 1,5-2,3 раза превышает прочность сцепления цементно-известкого раствора с газобетоном. Кроме того, испытаниями на отрыв установлено, что прочность сцепления полистиролбетона всех составов данной области исследования с газобетоном марок Б500 и Б600 превышает прочность полистиролбетона на растяжение.

3. Прочность композиции газобетон-полистиролбетон зависит от состава полистиролбетонной смеси.

При увеличении в полистиролбетонной смеси содержания цемента от л

250 до 450 кг/м без добавки ПВА прочность сцепления (по сдвигу) с поверхностью газобетона марок Б500 и Б600 возрастает от 0,4 до 0,83 МПа. При введении в состав смеси 5% ПВА от массы цемента при тех же условиях прочность сцепления возрастает от 0,5 до 1,12 МПа;

4. Прочность сцепления полистиролбетона с газобетоном марок 0500 и БбОО, контактная поверхность которых предварительно обработана

130 поливинилацетатцементной композицией, не зависит от марки газобетона по плотности.

5. На основании предложенных составов полистиролбетона, поливинилацетатцементной композиции и технологии выполнения ремонта газобетонных стен разработана "инструкция по ремонту газобетонных стен промышленных и гражданских зданий полистиролбетоном".

6. Опытно-промышленное применение предложенного способа ремонта газобетонных стен на одном из зданий ЗАО ПКФ "ЖБК-7" (г. Пермь), выполненного в соответствии с инструкцией, позволило повысить термическое сопротивление отремонтированного участка стены в 1,9 раза по сравнению с исправной стеной. Годовой экономический эффект от применения полистиролбетона взамен традиционного цементно-известкового раствора для ремонта газобетонной стены составил 80 руб/м отремонтированной поверхности в ценах января 1999 г. за счет увеличения межремонтного срока службы стенового ограждения и снижения тепловых потерь через отремонтированный участок.

131

1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/ Госстрой России. М.: ГУПЦПП, 1998.-29 с.

2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 80 с.

3. СП 12-101-98. Технические правила производства наружной теплоизоляции зданий с тонкой штукатуркой по утеплителю. М.: Госстрой России, 1998.-26 с.

4. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений СН 509-78. М.: Стройиздат, 1979. - 65 с.

5. Руководство по производству бетонных работ в условиях сухого жаркого климата/ НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1977. - 81 с.

6. Рекомендации по подбору составов П-бетонов. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1987. - 28 с.

7. Рекомендации по ремонту ячеистобетонных стен жилых и промышленных зданий. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1987. - 58 с.

8. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций полимерными составами. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1986. -28 с.

9. Рекомендации по восстановлению и усилению крупнопанельных зданий полимеррастворами. Тбилиси: Ротапринт ТбилЗНИИЭП, 1984. - 112 с.

10. ТУ 69 РСФСР 44-75. Панели и блоки из стиропорбетона (пенополистиролбетона) для наружных стен зданий. М.: ЦНИИПсельстрой, 1975. -20 с.

11. ТУ-69-329-85. Панели стеновые однослойные из полистиролбетона для сельскохозяйственных зданий. -М., 1978. 22 с.132

12. Адам H.K. Физика и химия поверхностей, пер. с англ. M.-JL: ОГИЗ, Гостехиздат, 1947. 552 с.

13. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1972. - 351 с.

14. Баженов Ю.М., Скрамтаев Б.Г. Способы определения состава бетона различных видов. М.: Стройиздат, 1966. - 160 с.

15. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Стройиздат, 1987. - 414 с.

16. Баранов А.Т., Бахтияров К.Н. Влияние основных технологических факторов на свойства ячеистых бетонов. В кн.: Технология и заводское изготовление бетонов (тяжелых, легких, ячеистых). М.: Стройиздат, 1963, с. 18 -22.

17. Баранов А.Т., Ухова Т.А., Иванова JI.A. Методика испытания ячеистого бетона при одностороннем действии переменных температур и высокой влажности. В кн.: Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. М.: Стройиздат, 1972, с.22-31.

18. Баранов А.Т., Ухова Т.А., Иванова JI.A. Стойкость ячеистого бетона к циклическому воздействию переменных температур и повышен-ной влажности. В кн.: Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. М.: Стройиздат, 1972, с.42-48.

19. Баталии Б.С. Строительные материалы исследования, изобретения. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1992. - 144 с.

20. Батунер JI.M., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. JL: Изд-во «Химия», 1971. - 824 с.

21. Производство сборных железобетонных изделий: Справочник/ Г.И. Бердичевский, А.П. Васильев, JI.A. Малинина и др.; Под ред. К.В. Михайлова, K.M. Королева. М.: Стройиздат, 1989. - 447 с.

22. Бондарь А.Г., Статюха Г.А. Планирование эксперимента в химической технологии. Киев: Изд-во «Вища школа», 1976. - 184 с.133

23. Браунли К.А. Статистические исследования в производстве. М.: Изд-во иностранной литературы, 1949. - 227 с.

24. Будников П.П., Гинстлинг A.M. Реакции в смесях твердых веществ. -М.: Стройиздат, 1971.-488 с.

25. Бужевич Г.А. Исследования по крупнопористому бетону на пористых заполнителях. -М.: Госстройиздат, 1962. 253 с.

26. Бужевич Г.А. Структура, прочность и деформации легких бетонов. М.: Стройиздат, 1973. - 207 с.

27. Важенин Б.В. Гистерезис льдистости и воздействия льда на стенки пор строительных материалов. В кн.: Строительные материалы и бетоны. -Челябинск: Южно-Урал. кн. изд-во, 1967, вып. 2, с. 88-93.

28. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства. М.: Стройиздат, 1973. - 479 с.

29. Воробьев Х.С. Вяжущие материалы для автоклавных изделий. М.: Стройиздат, 1972. - 287 с.

30. Воробьев В.А., Кивран В.К., Корякин В.П. Применение физико-механических методов в исследовании свойств бетона. Пособие для вузов. М.: « Высшая школа». 1977. - 272 с.

31. Восстановление и усиление зданий и сооружений полимеррастворами / Сб. научных трудов ТбилЗНИИЭП. Тбилиси: 1987. -134 с.

32. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высокополимеров. М.: Ростехиздат, 1960. - 244 с.

33. Глущенко Л.Ф., Харченко Н.В. Расчет процессов теплопроводности в строительстве. Учебное пособие. Киев: КИСИ. 1980. 108 с.

34. Горчаков Г.И., Капкин М.М., Скрамтаев Б.Г. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат, 1965. 193 с.134

35. Горяйнов К.Э., Горяйнова C.K. Технология теплоизоляционных материалов и изделий. М.: Стройиздат, 1982. - 376 с.

36. Дворкин Л.И., Кизима В.П. Эффективные литые бетоны. М.: Стройиздат, 1986. - 141 с.

37. Дворкин Л.И., Игамбан И.Б. Проектирование составов бетона с применением математического моделирования. -М.: Стройиздат, 1992. 141 с.

38. Довжик В.Г., Россовский В.Н., Савельева Г.С. и др. Технология и свойства полистиролбетона для стеновых конструкций. М.: Бетон и железобетон. № 2, 1997, с. 5-9 .

39. Должанский Ю.М., Новик Ф.С., Чемлева Т.А. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации свойств сплавов. М.: ОНТИ ВИАМ, 1974. - 132 с. •

40. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: «Химия», 1974.416 с.

41. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: «Химия», 1977.352с.

42. Кафаров В.В., Ахназарова С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: «Химия», 1985. - 327 с.

43. Ковшов В.Н. Постановка инженерного эксперимента. Киев -Донецк: Изд-во «Вища школа», 1982. - 120 с.

44. Козлов В.В., Топильский Г.В., Алданов Е.А. и др. Собственные напряжения в клеевых соединениях особо легких бетонов. М.: Бетон и железобетон. № 2, 1997, с. 12-14.

45. Крейс У.И., Нигол Г.К., Немвалтс А.Ф. Индустриальное строительство сельскохозяйственных зданий из ячеистого бетона. Л.: Стройиздат, 1975. - 182 с.

46. Кривицкий М.Я., Левин Н.И., Макаричев В.В. Ячеистые бетоны. -М.: Стройиздат, 1973. 208 с.

47. Кротова H.A. О склеивании и прилипании. М., 1960. - 168 с.135

48. Кротова H.A., Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973. - 279 с.

49. Создание и исследование новых строительных материалов: Сборник статей /Под ред. А.И. Кудякова. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1984. -120 с.

50. Мелихов В.И., Козловский А.И., Россовский В.Н. Возможности получения особо легкого пенополистирольного заполнителя. М.: Бетон и железобетон. № 2, 1997, с. 20-22.

51. Миронков Б.А., Панарин С.Н. Армоцементные конструкции массового применения. Л.: ЛДНТП, 1975. - 12 с.

52. Михалко В.Р., Безлепкин И.Г. Ремонт наружных стен из ячеистобетонных панелей. М.: Стройиздат, 1977. - 112 с.

53. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н. и др. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Стройиздат, 1980, - 520 с.

54. Мощанский H.A. Плотность и стойкость бетонов. М.: Стойиздат, 1961.- 124 с.

55. Муромский К.П. Ячеистый бетон в наружных стенах зданий. М.: Бетон и железобетон. № 5, 1996. - с. 30,31.

56. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Изд-во «Наука», 1971.208 с.

57. Нейман В.Г. Решение научных, инженерных и экономических задач с помощью ППП «STATGRAPHICS». М.: Изд-во МП «Память». 1992. - 85 с.

58. Орентлихер Л.П. Бетоны на пористых заполнителях в сборных железобетонных конструкциях. М.: Стройиздат, 1983. - 144 с.

59. Остриков М.С., Дибров Г.Д. О деформациях и разрушении силикагеля под влиянием капиллярных сил, развивающихся в процессах увлажнения и высушивания. В кн.: Физико-химическая механика дисперсных структур. -М.: Наука, 1966, с. 122-124.136

60. Пащенко A.A., Сербии В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы.- К.: Вища школа, 1985. 440 с.

61. Плескунин В.И., Воронина Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1979.-232 с.

62. Попкович Г.Е., Садыков М.С., Подвальный A.M. Давление, возникающее в бетоне при замораживании. В кн.: Общие вопросы строительства (отечественный опыт): Реф. Информ. ЦИНИС, 1973, вып. 8, с. 34-36.

63. Попов К.Н., Шмурнов И.К. Физико-механические испытания строительных материалов. М.: Высш. шк., 1989. - 239 с.

64. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. Учебное пособие для строит, спец. втузов. М.: Высшая школа, 1984.- 168 с.

65. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. М.: Изд-во «Наука». 1970. - 76 с.

66. Рамачандран B.C. Добавки в бетон. Справочное пособие. М.: Стройиздат. 1988. - 576 с.

67. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1973.-208 с.

68. Рахманов В.А., Козловский А.И., Варламова A.B. Об экологической безопасности применения полистиролбетона в строительстве. М.: Бетон и железобетон. № 2, 1997. - с. 18-20.

69. Розенфельд Л.М., Васильева Т.Д., Павловский Д.Д. Исследованиеоатмосферостойкости ячеистого бетона объемной массой 500-600 кг/м . В кн.: Ячеистые бетоны с пониженной объемной массой. - М.: Стройиздат, 1974, с. 9-17.137

70. Румшиский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное пособие. М.: Главная редакция физико-математической литературы. 1971. - 192 с.

71. Исследование ячеистых бетонов и конструкций. Сборник научных трудов. // Под ред. Серых Р.Л., Муромского К.П. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1989.-111 с.

72. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. -176 с.

73. Соломатов В.И. Полимерцементные бетоны и пластбетоны. М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1967. - 184 с.

74. Топильский Г.В., Алданов Е.А., Фролова Л.Н. Клеевые минеральные композиции для строительных изделий. М.: Бетон и железобетон. № 3, 1996, с. 11-13.

75. Удачкин И.Б., Александров Г.Г. Защита ячеистых бетонов от коррозии. Киев: Буд1вельник, 1982. - 80 с.

76. Федин A.A. Долговечность силикатного ячеистого бетона и пути ее повышения. В кн.: Долговечность конструкций из автоклавных бетонов. -Таллин: Изд. НИИстроительства Госстроя ЭССР, 1978, с. 11-15.

77. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента (планирование регрессионных экспериментов). М.: Изд-во «Наука». 1971. - 312с.138

78. Фрейдин A.C. Полимерные водные клеи. М.: Изд-во «Химия», 1985.- 144 с.

79. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Изд-во «Мир». 1972.-384 с.

80. Шестоперов C.B. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1977.432 с.

81. A. Wienckowshi, F. Stek. Porowatosc meszanin cial sypkich. Mieszaniny wieloskladnikove, Chemia stosowana, 113, 95 (1966).

82. A. Wienckowshi, F. Stek. Porowatosc meszanin cial sypkich. Mieszaniny wieloskladnikove, Chemia stosowana, 413, 431 (1966).