автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Керамзитбетон для эффективных ограждающих конструкций

Ба правах рукописи

гго ОД

^ 2 jn.fi Г Ли 3

КОМИССАРЕНКО Борис Семенович

КЕРАМЗИТОБЕТОН ДЛЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

05. 23. 05. - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 2000

Работа выполнена в Самарской государственной архитектурно-строительной академии на кафедре "Производство строительных материалов, изделий и конструкций"

Официальные оппоненты

- академик РААСН, доктор технических наук, профессор В.И. Соломатов

доктор технических наук, профессор В.В. Бабков

-доктор технических наук, -профессор В. €. Грызлов

Ведущая организация

ЗЛО "Корпорация Вопгистром

Запсиб а диссертации состоится 25 октября 2000года б 14 часов н; заседании диссертационного совета Д 064.55.0! в Самарско! государственной архитектурно - строительной академии по адресу 4443001, ). Самара, ул. Молодогвардейская, 194.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СамарскЫ государственной архитектурно — строительной академии.

Отзыв к? автореферат диссертации в 7-к экземплярах, заверенным печатью, просим направлять по адресу. 443001, г. Самара, ул Молодогвардейская, 194, Самарская государственная архитектурно • строительная академия, ученому секретарю диссертационноп совета.

Автореферат разослан ¿-¿¿¿/гил^саЛуШт.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

—- С.Ф. Коренькова

о

о

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Основными ограждающими конструкциями, применяемыми в строительстве, являются стеновые панели из керамзи-тобетона. Однако их качественные показатели, в первую очередь теплозащитные, зачастую находятся на неудовлетворительном уровне.

В первую очередь это связано с тем, что выпускаемый в России керамзитовый гравий имеет в большинстве случаев насыпную плотность порядка 500...600 кг/м1 и, как следствие, неудовлетворительную теплопроводность. Поэтому при повышении требований к термическому сопротивлению ограждающих конструкций производство однослойных наружных стеновых панелей в прежнем виде, даже при всех новациях, на выпускаемом керамзите не представляется возможным.

Однако ошибочным будет и не считаться с другой реальноегью - в России создана мощная база керамзитовой промышленности (построены десятки заводов, созданы и работают коллективы высококвалифицированных специалистов и т. п.).Постросна и успешно работает мощная база строительной индустрии в виде заводов сборного железобетона, которая ориентирована на применение керамзитового гравия. В этих условиях ставить вопрос о ликвидации керамзитовой промышленности следует считать технически и экономически не оправданным.

В современных условиях более правильным следует считать направление по видоизменению и улучшению свойств керамзита, выпускаемого промышленностью, а также определению основных путей его возможного применения.

Одним из путей решения данной проблемы является организация производства особо легкого керамзита с насыпной плотностью около 200 кг/м3. На таком керамзите с применением новых технологических решений по уменьшению теплопроводности бетона возможна организация производства эффективных ограждающих конструкций.

Производство особо легкого керамзитового гравия будет иметь ряд технологических особенностей, касающихся его свойств, свойств сырья и технологии производства. Изучение этих вопросов является одной из целей настоящей работы.

История развития легких бетонов с учетом их массового применения в строительстве насчитывает всего несколько десятков лет. Между тем отличия легких бетонов от традиционных видов обычного бетона весьма существенна. Поэтому еще одной из целей предполагаемых исследований будет рассмотрение особенностей свойств легких бетонов с учетом их широкого внедрения в строительство.

Намечается так же рассмотреть ряд принципиально новых ограждающих конструкций и технологических особенностей их изготовления и применения.

Это касается технологии приготовления беспесчаных керамзитобетонных смесей и изготовления на их основе однослойных наружных панелей с улуч-

шенными теплотехническими характеристиками на базе особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью 180...220 кг/м3.

Данная проблема изучалась в соответствие с поручением Госстроя России по теме "Разработка технологии и исследование особенностей беспесчаного керамзита пенобетона для наружных ограждающих конструкций" (договор 5-11-411/93 от 1.06.93 г.).

Эффективность данной технологии обусловлена применением нового устойчивого силикатного пенообразователя ПО - 6К (производство ПО "Салаватнефтеоргсинтез"). При этом для приготовления керамзитопенобето-нов возможно использование стандартного оборудования практически без его переделки. Мелкий заполнитель полностью исключается из состава бетона. Применение керашитобетона позволяет уменьшить толщину однослойных стеновых панелей до 55...60 см. Это делает их конкурентоспособными со стенами из кирпича и трехслойных панелей, отличающихся большой материалоемкостью, трудоемкостью и стоимостью.

В связи с постановлением Совета Министров СССР от 11.09.72 г. и распоряжением Министерства промышленности строительных материалов СССР № 17 - 30 - 162 от 25 января 1973 г. было поручено провести научно-исследовательскую работу по созданию материала, отвечающего специальным заданным техническим требованиям.

В соответствии с диатраммой "напряжения - деформации", по которой при испытании в принципе упругого материала в обойме, каким является бетон, должны были наблюдаться значительные пластические деформации. Созданию такого материала, исследованию его свойств и технологии изготовления посвящена еще одна часть предлагаемой работы.

При этом можно отмстить, что в результате проведенных исследований удалое,', установить, что таким материалом является крупнопористый бетон на основе особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью 180...220 кг/м3. Этот новый материал в принципе также можно отнести к ограждающим конструкциям.

Одной из нерешенных проблем современного строительства является возведение теплотрасс. Наиболее перспективнм путем снижения стоимости прокладки, объема трудозатрат и сокращения сроков строительства является применение в тепловых сетях керамзитобетонных лотков, позволяющих полностью отказаться от применения дорогостоящей и трудоемкой подвесной теплоизоляции. Использование керамзитобетона позволяет совместить конструктивные и теплозащитные функции материала.

Применение керамзитобетона в качестве ограждающей конструкции для условий подземкой эксплуатации с учетом воздействия повышенных температур и агрессивных фунтовых вод потребовало проведения комплекса специальных исследований, содержание которых также излагается в настоящей работе.

Имеется еще целый ряд конструкций из керамзитобетона, использование которых в строительстве дает значительный эффект. Это относится к монолитному строительству, при котором наилучшим образом сочетаются тепло-

защитные и конструктивные функции керамзитобетона для его применения в ограждающих конструкциях наружных и в несущих конструкциях внутренних стен.

Имеется положительный опыт использования керамзитобетона в полах животноводческих помещений, где удалось получить теплые, долговечные и прочные конструкции.

Накоплен ощутимый положительный опыт применения керамзитобетона в качестве жаростойкого материала, в конструкциях, подвергающихся агрессивному воздействию (химические и нефтехимические производства, агрессивные грунтовые воды и т.п.).

Приведенные данные позволяют говорить о том, что постановка вопроса о целесообразности резкого уменьшения объема производства керамзита и ке-рамзитобетона является преждевременной.

Цбль jSrtüoTbis разработка теоретических основ vi технологии изготовления некоторых видов эффективных ограждающих конструкций различного назначения на основе особо легкого керамзитового гравия.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Установить теоретические и практические особенности получения особо лег кою керамзитового гравия с плотностью около 200 кг/м". Разработать ti осуществить на действующем заводе промышленную лпишо по производству такого материала Создать нормативную базу производства особо легкого керамзитового гравия.

2. Создать принципиально новый вид керамзмтобетона на основе особо легкого керамзитового гравия, цемента и синтетического пенообразователя ПО • 6К без мелкого заполнителя. Подробно изучить его особенности и свойства, осуществить опытное производство однослойных стеновых панелей на основе керамзитобетона и его промышленное внедрение.

3. Разработать новый вид материала на основе крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами. Этот в принципе упругий материал в соответствии с диаграммой "нанряженне - деформация" при испытании его в оСюйме должен иметь довольно значительные пластические деформации.

Изучить свойства материала, разработать и практически осуществить на

действующем заводе

его промышленное производство.

4. Создать принципиально новую конструкцию лотков теплотрасс на основе керамзитобетона без подвесной теплоизоляции трубопроводов. Изучить особенности материала для таких лотков, условия их эксплуатации, конструирования и расчета. Осуществить промышленное внедрение в нескольких регионах страны.

5. Разработать теоретические основы улучшения основных параметров керамзита и керамзитобетона таких как теплопроводность, звукоизоляция, прочность, зерновой состав заполнителей, химическая стойкость, долговечность и содержание сернистых и сернокислых соединений.

Научная новизна работы. Установлена и научно обоснована корреляционная связь и функциональная зависимость насыпной плотности керамзитового гравия от химико-минералогического и гранулометрического состава глинистого сырья.

Показано, что для получения эффективных ограждающих конструкций как по требованиям теплопроводности для однослойных стеновых конструкций, так и по требованиям деформативносги для специального материала необходим особо легкий керамзитовый гравий с плотностью 200...250 кг/м3 в первом случае и 180...220 кг/м3 - во втором. Ранее подобный керамзит в промышленных масштабах в стране не производился. Изучался комплекс вопросов, включающий подбор состава шихты, температурно-временных режимов термоподготовки и обжига сырцовых гранул тугоплавким порошком. Исследовалось также влияние характеристик сырья, степени его переработки, грануляции, температуры, характера обжига а охлаждения, а также других параметров производства керамзита.

На основании выполненных исследований была разработана технология производства особо легкого керамзитового гравия, определены основные параметры его производства, осуществлено получение особо легкого керамзитового гравия в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Был проведен необходимый комплекс проектных работ, работ по изготовлению оборудования для выпуска лабораторных, онытно-промышленных и промышленных партий керамзитового гравия, выполнены соответствующие наладочные работы, проведена реконструкция завода и, наконец, в промышленных масштабах был организован выпуск керамзитового гравия.

Разработан новый материал для ограждающих стеновых конструкций - ко-рамзитобетон на основе пенообразователя ПО - 6К без мелкого заполнителя. Обоснована возможность и целесообразность его получения в лабораторных и производственных условиях. Изучены его основные физико-механические свойства, долговечность; закономерности формирования оптимальной структуры бетона, взаимосвязь между плотностью и прочностью. Разработаны примерные составы бетона, основные технологические параметры и особенности его изготовления в лабораторных и промышленных условиях.

Обосновываются преимущества однослойных стеновых панелей из керам-зитобетона, удовлетворяющих требованиям СНиП. Дается примерный расчет таких панелей, имеющих необходимые теплоизолирующие свойства.

С целью реализации теоретических положений и результатов экспериментальных исследований осуществлен экспериментальный и промышленный выпуск однослойных керамзитобетонных панелей на целом ряде предприятий.

Получен материал на основе крупнопористого керамзитобетона и особо легкого керамзитового гравия, который отвечает заданной диаграмме "напряжения - деформации" и может использоваться для создания специального материала в соответствии с заданными техническими требованиями. Кроме обычных и специальных свойств бетона изучались его следующие

свойства: водопоглощение крупнопористого керамзитобетона в воде при ее капиллярном подсосе, в условиях гидростатического давления. Исследовались также долговечность бетона, изменение его деформатишых характеристик, однородность, влияние длительного воздействия водной среды на механические характеристики крупнопористого керамзитобетона и длительная статическая прочность керамзитобетона под нагрузкой.

Проведенные исследования деформзтавных свойств крупнопористого керамзитобетона и его составляющих позволили выявить принципиальное различие между характером деформирования плотного и крупнопористого бетона. Получены данные о коэффициентах концентрации напряжений и зависимость модуля упругости от свойств цементного камня.

Осуществлены монтаж и наладка новой технологической линии по выпуску специального керамзита на керамзитовом заводе и по выпуску блоков со специальными свойствами на заводе ЖБИ. Освоено производство этих материалов I азра 6с гань* необходимые инструктивные и нормативные документы.

Разработаны керамзитобетонные лотки теплотрасс, осуществляемые без подвесной теплоизоляции трубопроводов и также относящиеся к ограждающим конструкциям Совмещение в подобных лотках конструктивных и теплоизоляционных функций керамзитобетона позволило значительно сократить стоимость строительства теплотрасс, повысить их долговечность и производительность труда при возведении.

Проведен необходимый комплекс исследований, связанных с эксплуатацией керамзитобетона при повышенных температурах, в условиях возможной шресстт фунтовых вод; исследовалась водонепроницаемость лотков и коррозия трубопроводов.

Разработаны для различных сочетаний трубопроводов на основании существующей типовой серии лотков из тяжелого бетона тесть типов керамзито-бетонных лотков. Предложены методы расчета лотков, в которых учитывалась изолирующая способность воздушной прослойки лотка. Расчеты проверялись в процессе испытаний и длительной эксплуатации опытно-промышленных и промышленных участков теплотрасс в Самаре, Кишиневе, Сызрани и др. Систематическое наблюдение за работой этих участков в течение нескольких лет подтвердило, что суммарные тепловые потери ниже нормативных.

Разработаны ТУ на подобные лотки.

Приводятся теоретические положения по повышению эффективности и улучшению качества керамзита и керамзитобетона за счет более детального исследования их особенностей и рационального применения. Это касается в частности изучения роли фазового состава керамзита в теплопроводности бетона, особенностей звукоизоляции легких бетонов, способов повышения прочности керамзита и керамзитобетона, роли прочности песка в повышении прочности бетона, разработке методики оценки химической стойкости и долговечности керамзитобетона, роли сернистых и сернокислых соединений в долговечности легких бетонов и т. п.

Проведенные исследования позволили разработать новые или уточнить существующие требования по фазовому составу керамзита, его зерновому составу, допустимому содержанию сернистых и сернокислых соединений в керамзите, содержанию несгоревшего топлива в керамзитовом песке "кипящего слоя" и золах теплоэлектростанций, роли показателя прочности керамзита и песка и т. п. Эти изменения были включены в действующие нормативные документы такие как ГОСТы, ТУ, МРТУ и др.

Практическое значение. Научно обоснована и практически осуществлена на действующем заводе технология получения особо легкого керамзита с насыпной плотностью 180. ..220 кг/м3.

Установлена корреляционная связь и функциональная зависимость насыпной плотности керамзитового гравия от химико-минералогического и гранулометрического состава глинистого сырья.

Показано, что из сырья, характеризующегося высоким содержанке?*! глинистой фракции (65...73 %) и AI2O3 + Т1О2 (18...22 %), путем варьирования органическими и железистыми составляющими в шихте можно изготовить особо легкий керамзит с насыпной плотностью около 200 кг/м3 при обязательном соблюдении условий ведения процесса термообработки по оптимальному температурно-временному режиму.

Разработана технологическая схема производства особо легкого керамзита., на базе которой осуществлена реконструкция Безымянского опытного керамзитового завода. Она включила, в частности, проектирование, изготовление и монтаж устройства для ввода опудривагощего порошка и гранулятора для получения мерных сырцовых гранул. В процессе изготовления керамзита была скорректировала совместная работа пальцев крупного и тонкого помола, а также фильтрующею пресса с решеткой со щелями порядка 10 мм.

Разработан новый вид керамзитобетона на базе особо легкого керамзита, цемента и пенообразующей добавки ПО - 6К, который позволяет выпускать однослойные стеновые панели, удовлетворяющие требованиям СНиП "Строительная теплотехника". Применение такого бетона позволяет на j 50... 400 кг/ы' снизить его плотность и соответственно теплопроводность, за счет исключения пористого песка значительно уменьшить стоимость, упростить технологию. Максимальное насыщение керамзитобетона, поризованно-го пеной, крупным пористым заполнителем обеспечивает слитность его структуры, требуемые водонепроницаемость и долговечность.

Разработала технология производства керамзитопенобетонных стеновых панелей и осуществлено их внедрение в нескольких регионах страны. Показано, что применение подобных панелей значительно экономичнее и технологичнее трехслойных, позволяет избежать многих недостатков, характерных для существующих стеновых ограждений.

Рекомендуются конструкции панелей, улучшающие их теплофизические показатели. В частности, предлагается решение керамзитопенобетонной панели с термовкладышами, которые можно изготовлять из крупнопористого

керамзитобетона со связкой из вспененного цементного камня или из других материалов.

Для изготовления изделий специального назначения со свойствами, отвечающими заданной диаграмме "напряжения - деформации" при испытании в обойме, предложен крупнопористый керамзитобетон. Показано, что бетон с необходимыми характеристиками может быть изготовлен на особо легком керамзитовом гравии с насыпной плотностью 180...220 кг/м3, прочностью 0,3...0,5 МПа, требуемым зерновым составом, коэффициентом формы и другими характеристиками.

Была разработана и практически осуществлена на Безымянском опытном керамзитовом заводе технология его производства.

Механические характеристики крупнопористого керамзитобетона при испытании в обойме в соответствии с диаграммой "напряжения - деформации" должны были соответствовать следующим значениям : предел упругости материала — 0,5. 0,7 МПа;

- начало упрочнения материала - 1,0... 1,2 МПа;

- относительная деформация, соответствующая пределу упругости материала - 0,05...0,08;

относительная деформация, соответствующая началу упрочнения материала -0,27...0,30.

Изучались особенности крупнопористого керамзитобетона, связанного с длительным хранением в зоде, влиянием агрессивных сред, ролью коэффициента форма керамзита, величинами ползучести, усадки и набухания.

Рассмотрена с толки зрения теории упругости модель крупнопористого бетона со специальными свойствами. С помощью метода конечных элементов исследовалось его напряженно - деформированное состояние, на базе полученных экспериментальных данных вычислялся модуль упругости бе гона.

Разработана технология производства блоков из крупнопористого бетона, которая была реализована в промышленном масштабе на действующем заводе ЖБИ в г. Воскресенске Московской области.

Предложена конструкция теплотрасс с лотками из керамзитобетона. Совмещение консгруктивных и теплозащитных функций керамзитобетона позволяет отказаться от устройства специальной теплоизоляции. Это позволяет в значительной степени снизить стоимость теплотрасс, значительно повысить их долговечность, увеличить производительность труда и т.п.

Изучены особенности эксплуатации подобных теплотрасс, связанные с работой при повышенных температурах, в условиях подземной эксплуатации с возможной агрессией грунтовых вод и т.п. С применением ЭВМ разработан расчет теплотрасс, учитывающий изоляцию от воздуха, находящегося в канале.

Рекомендуются конструкции керамзитобетонных лотков теплотрасс. Осуществлено их внедрение в нескольких регионах страны. Разработана нормативная база теплотрасс с подобными лотками.

На основании изучения особенностей теплоизоляции и звукоизоляции керамзитобетона, его прочностных свойств, химической стойкости и долговеч-

ности, влияния сернистых и сернокислых соединений в керамзите, содержания несгоревшего топлива в песке печи "кипящего слоя" и в золах теплоэлектростанций удалось выработать технические требования, которые вошли в действующие ГОСТы, ТУ, МРТУ и другие нормативные и инструктивные документы. Проведенные работы значительно расширили сырьевую базу для производства керамзита, улучшили качество керамзитобетона в направлении повышения его прочности, уменьшения теплопроводности, улучшения эксплуатационных показателей, экономии на 20...30 % расхода цемента и т. п.

Внедрение результатов исследований. Результаты работы послужили основой для разработки многочисленных нормативных и инструктивных документов: ГОСТа 9759-71 "Гравий керамзитовый", ГОСТа 9759-76 "Гравий и песок керамзитовые", ГОСТа 9758-77 "Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Общие технические требования", ГОСТа 9758-86 "Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний", ТУ-69-РСФСР-66-75 "Лотки теплотрасс керамзитобетонные", ТУ-21-31-17-76 "Блоки из крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами", "Инструкция по применению зол теплоэлектростанции в качестве мелкого заполнителя", МРТУ 21-21-26 "Межреспубликанские технические условия на дробленный керамзитовый песок для легких бетонов", "Рекомендации по выбору крупных пористых заполнителей для конструктивных легких бетонов марок 150...500", ТУ-21 -РСФСР-581 -72 "Технические условия на песок керамзитовый, получаемый в печах, "кипящего слоя" и др.

Результаты работы по внедрению керамзитопенобетонных стеновых панелей нашли применение более чем на 15 предприятиях страны. В частности они были внедрены на Тольяттинском заводе ЖБИ, Самарском заводе КЖИ - 81, Астраханском заводе КПД и др.

Результаты работы по изготовлению особо легкого керамзитового гравия внедрены на Безымянском опытном керамзитовом заводе, а по производству блоков из крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами -на Воскресенском заводе ЖБИ.

Результаты работ по внедрению керамзитобетонных лотков теплотрасс осуществлены в Самарской области, Молдавии и многих других регионах страны.

Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 290600 "Производство строительных материалов, изделий и конструкций", что нашло отражение в учебном пособии для вузов "Керамзит и керамзитобетон", допущенного "Ассоциацией строительных высших учебных заведений" при Комитете по высшей школе Министерства наук, высшей школы и технической политики РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 290600 - "Производство строительных материалов, изделий и конструкций" (реш. № 102 - 12/186 от 23.04.93 г. - 285 е.),

монографин "Ограждающие конструкции из керамзитобетона", Самара, 1997 г., 423 е., учебном пособии "Проектирование предприятий строительной индустрии", Самара, 1999 г., 814 е., учебном пособии "Управление качеством продукции стройиндустрии", Самара, 1997 г., 327 с.; .монографии "Повышение эффективности и улучшения качества ограждающих конструкций из керамзитобетона", Самара, 1990 г., 139 с. и др.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на международных, всесоюзных и республиканских конференциях, в том числе: 111 Всесоюзной конференции по легким бетонам (М., 1985), Всесоюзном научном семинаре "Повышение водонепроницаемости и долговечности изделий из легкого бетона для ограждающих конструкций" (Тбилиси, 1988 г.), Республиканской научно-практической конференции "Утилизация промышленных отходов для производства экологически чистых я эффективных строительных, материалов" (Ровно, 1991 г.), Конференции "Обезвреживание и утилизация твердых отходов" (Пенза, 1991 г.), Всесоюзной конференции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (Белгород, 1991 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве''' (Челябинск, 1991 г.), Международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" (Самара, 1995г.), Региональной научно-технической конференции "Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья" (Тольятти, 1999 г.) и многих др.

Публикация. Материалы диссертации опубликованы в 197 работах, 5 монографиях. Новизна технических решений подтверждена пятью авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 2 /2 страницах машинописного текста, включающего 54 таблицы и 54 рисунка, списка литературы из .218 наименований, .3 приложений.

На защиту выносятся;

- установленные закономерности влияния химического, минералогического и гранулометрического состава глинистого сырья для получения особо легкого керамзитового гравия;

- технологическая схема производства особо легкого керамзитового гравия;

- различные конструкции гранулирующих устройств для получения керамзита округлой формы с коэффициентом формы близким к 1 и результаты их сравнительных испытаний;

- возможность и целесообразность получения нового вида материала для ограждающих конструкций - беспесчаного керамзитобетона, позво-

ляющего получать однослойные ограждающие конструкции для жилищного строительства в соответствии с требованиями нового СНиП;

- состав беспесчаного керамзитопенобетона на основе особо легкого керамзитового гравия и пенообразователей типа ПО - 6К и ПО - ЗМП;

- технология приготовления беспесчаных керамзитопенобетонных смесей и изготовления на их основе различных ограждающих конструкции?

- принципиально новый вид и состав крупнопористого керамзитобетона на особо легком керамзитовом гравии со свойствами, отвечающими заданной диаграмме "напряжения - деформации" при испытании в обойме;

- технология изготовления изделий из крупнопористою керамзитобетона со специальными свойствами, удовлетворяющих особым регламентируемым технологическим показателям;

модель крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами, рассмотренная с точки зрения теории упругости, а также его напряженно-деформированное состояние с учетом использования для расчета метода конечных элементов;

- принципиально новая конструкция лотков теплотрасс из керамзитобетона без подвесной теплоизоляции трубопроводов;

- методология расчета и проектирования лотков теплотрасс из керамзитобетона без подвесной теплоизоляции трубопроводов с учетом теплоизолирующих свойств воздушной прослойки;

- результаты внедрения;

- методология оценки долговечности керамзитобетонных конструкций, прочности отдельных гранул керамзита и керамзитового псска, их фазового состава, химической стойкости и др.;

- нормативы по содержанию сернистых и сернокислых соединений в керамзите, наличии в нем недожога, фазовому составу, химической стойкости и т.п.

В первой главе рассматриваются отдельные аспекты, связанные с освещением имеющегося отечественного и зарубежного опыта применения легких бетонов в строительстве.

Основным назначением легких бетонов в силу наличия достаточно хороших теплозащитных свойств, незначительного веса, лучшей по сравнению с обычными бетонами долговечностью, достаточной звукоизоляцией и другими имеющимися преимуществами является их использование главным образом в ограждающих конструкциях. Наличие указанных преимуществ обеспечило довольно быстрое развитие промышленности пористых заполнителей и легких бетонов. Причем в первую очередь это относится к керамзиту и ке-рамзитобетону.

При этом наибольший вклад в развитие легких бетонов внесли И. М. Ах-вердов, В. В. Бабков, Ю. М. Баженов, А. И. Бобрышев, Г. А. Бужевич, А. И. Ваганов, В. А. Воробьев, Г. И. Горчаков, В. С. Грызлов, В. Г. Довжик, И. А.

Иванов, С. М. Ицкович, В. И. Калашников, А. Г. Комар, П. Г. Комохов, С. Ф. Коренькова, Б. А. Крылов, Н. И. Макридин, Л. П. Орентлихер, Н. А. Попов, И. П. Путляев, А. П. Прошин, Р. 3. Рахимов, В. П. Селяев, М. 3. Симонов, Б. Г. Скрамтаев, В. И. Соломатов, Н. Я. Спивак, Н. К. Хохрин, Ю. В. Чиненков, Н. Г. Чумаченко и другие ученые.

Широко известны работы Т. В. Бремнера, Б. У. Гервика, Ф. Крумла, Ж. П. Лсви, И. Б. Невмаиа, Д. К. Тсйчинне, Л. А. Торсена, М. С. Фита, Ж. Фюлле-на, Т. А. Холма, О. М. Шмитга, Д. Д. Шидлера, Э. Шорта, Ф. Г. Эрскине.

Однако в последние годы значительно возросли требования к повышению качества и эффективности керамзитобетонных ограждающих конструкций. В первую очередь предполагается существенное улучшение их теплозащитных способностей. Это объясняется тем, что по показателю сопротивления теплопередачи мы значительно отстаем от европейских стран.

По данным Госстроя России из существующих в стране 2,7 млрд. м2 общей площади жилья 2,2 млрд. м2 не соответствуют требованиям действующих нормативов. В России на отопление 1 м" -жилья расходуется, в среднем, 80...85 кг условного топлива в год, в то время как в развитых странах, близких по климату, - не более 25 кг.

Поскольку керамзитобетонные панели являются одним из основных видов ограждающих конструкций, в первую очередь наибольшее внимание заслуживают вопросы их термического сопротивления.

Показывается, что существешюе улучшение ограждающих свойств керамзитобетонных конструкций главным образом определяется резким повышением теплоизолирующих параметров керамзитового гравия. Рассматриваются основные пути снижения насыпной плотности керамзитового гравия до значений порядка 200 кг/м".

Общепризнанны основные условия, необходимые ддя осуществления вспучивания глинистого сырья при обжиге: образование пиронластической массы с оптимальными параметрами вязкости в относительно широком интервале температур нагрева и выделении из этой массы достаточных количеств газообразных продуктов. Степень вспучивания зависит от комплекса факторов, включающих качественный состав исходного сырья, режимы термообработки и физико-химические процессы, которые при этом протекают.

Приводится обзор литературы, касающейся в основном уменьшения теплопроводности керамзитобетонных ограждающих конструкций и изложения особенностей свойств и технологии изготовления изделий из крупнопористого керамзитобетона.

Были установлены неизвестные ранее особенности свойств керамзита и керамзитобетона, позволяющие повысить эффективность их применения. В частности, приводятся данные, оказывающие существенное влияние на теплопроводность керамзита его фазового состава. Анализ в сопоставимых единицах показал, что степень влияния фазового состава составляет порядка 25 % от степени влияния насыпной плотности. Это обстоятельство со всей очевидностью подтверждает необходимость учета и контроля фазового состава керамзита.

Выполненные исследования позволили разработать предложения по нормированию коэффициента теплопроводности не только на основании данных насыпной плотности, но и с учетом значений фазового состава керамзитового гравия. Внесение их в нормативные документы позволит более точно определять теплоизолирующие свойства керамзита и бетонов на его основе. Были разработаны предложения для включения в действующий ГОСТ.

Разработала методика определения прочности отдельных гранул керамзита раскалыванием. Получена зависимость, в соответствии с которой можно получить прочность керамзита по ГОСТу испытанием его в цилиндре 0 150 мм. Установлено влияние такого показателя, как прочность песка, на прочностные свойства керамзитобетона. Было показано, что возрастание прочности кераизитобетона при прочих равных условиях происходит пропорционально прочности песка. Существенное влияние этого показателя на свойства легкого бетона подтверждает необходимость учета ее при проектировании состава бетона. Разработана методика определения прочносги пористого песка.

Было установлено, что керамзитобетон, по сравнению с обычным бетоном, обладает довольно высокой стойкостью в условиях слабых кислых и щелочных сред. Поэтому в этих средах замена специальных тяжелых бетонов па керамзитобетоны технически и экономически целесообразна.

Разработана методика оценки долговечности лепшх бетонов и коррозионной стойкости в них арматуры. В основу разработанной методики оценки долговечности легло определение деформации бетонных образцов с помощью оптического длиномера ИЗВ - 1, имеющего точность определения 0,0015мм.

В частности при помощи эт ой методики оценивалась долговечность керамзитобетона на гравии с повышенным содержанием сульфатных соединений. В результате проведенных работ были выработаны новые требования по содержанию сернистых и сернокислых соединений, которые вошли в действующий ГОСТ на керамзитовый гравий. Они позволили значительно расширить сырьевую базу глинистого сырья для изготовления ограждающих ке-рамзитобетонных конструкций.

Во второй главе, касающейся исследований глинистого сырья, на основании сделанного обзора литературы и практики производства керамзита можно заключить, что имеется возможность организации производства особо легкого керамзитового гравия. Для этого необходимо решение комплекса вопросов, включающего подбор состава шихты (исходного глинистого сырья и добавок, интенсифицирующих вспучивание его при обжиге), температурно-временных режимов термоподготовки и обжига сырцовых гранул, эффективность применения способа предварительного опудривания сырцовых гранул тугоплавким порошком.

С этой целью была сделана статистическая выборка данных во время испытаний пригодности глинистого сырья, обеспечивающего в производственных условиях получите керамзитового гравия с насыпной плотностью около 200

кг/м3, а в лабораторных - показывающее снижение насыпной плотности с введением в состав шихты корректирующих добавок.

По данным промышленных испытаний глинистого сырья (69 наблюдений) были вычислены парные коэффициенты корреляции между параметрами качества керамзитового гравия (насыпной плотности) и показателями, характеризующими сырье по данным химического анализа, определений гранулометрического состава и пластичности.

Учитывались следующие параметры керамзитового гравия: содержание в сырье Л12СЬ + Т»2, Ре20з (общ.), 8Ю2> СаО, МяО, БОз, 1^0, п.п.п., органические примеси, примеси кварца, число пластичности, содержание частиц > 0,01 мм, от 0,05 до 0,01 мм и < 0,05 мм.

При выполнении множественного регрессионного анализа устанавливалась зависимость насыпной плотности от факторов, оказывающих на ее величину наибольшее влияние. Это касается содержания в глине ЛЬ.СЬ + ТЮ?, РегОз, органических примесей и содержание частиц < 0,05 мм.

Было получено следующее уравнение регрессии:

у - 774,558 - 2,5476x2 - 13,7378х, - 48,7905хш - 2,2985х15. (1)

При оценке характера полученной связи видно, что рост количественных значений всех выбранных факторов ведет к снижению показателя насыпной плотности керамзитового гравия.

В дальнейшем на основании фактических вариантов соотношений указанных факторов принимались исходные данные для моделирования на ЭВМ:

А1203 + ТЮ2 - 22 %; 20 %; 18 %; 16 %;

фр. < 0,05 - 60 %; 70 %; 80 %; 90 %;

Ре203 - < 12 %;

органич. примеси - < 3 %.

В процессе экспериментов были установлены конкретные оптимальные количества каждого из указанных факторов, которые вели к уменьшению насыпной плотно-улт ксрамяята тгтогат» добийзтглг се яслтипьт 220 кг'г3" менее.

При проведении исследований изучался таюке химический состав глины, ее термический, рентгенофазовый и электронно-микроскопический анализы. В результате проведения комплексного исследования было установлено, что глина является гидрослюдисто-монтморилдонитовой с примесями хлорита.

С целью исследования характера формирования макроструктуры и изменения фазового состава глинистых образцов при их обжиге применялся комплексный метод исследований, включающий определение кажущейся вязкости пиропластической массы; определение фазового состава, величины открытой и закрытой пористости и коэффициента вспучивания, рентгенофазовый и электронно-микроскопический анализы. Обжиг образцов и определение термовязкостных характеристик глин прог.одился в

лабораторной печи специально созданной в институте по режиму 40-метровой вращающейся печи.

Глина смьгшляевского месторождения подсушивалась, измельчалась на лабораторных бегунах и просеивалась через сито с отверстиями 1,2 мм. Приготовленная глиняная масса с целью усреднения ее влажности помещалась на одни сутки в эксикатор над хлористым кальцием (СаСЬ), затем производилось формование образцов для обжига и определения термовязкостных характеристик. Образцы, подвергаемые обжигу, формовались на ручном прессе при давлении 2,5 кг/см2 в виде сфероидов диаметром 16 мм.

Образцы для определения термовязкостных характеристик формовались в специально сконструированной пресс-форме в виде цилиндрика диаметром 10 мм и высотой 20 мм с призматическими захватами на концах. Сформированные образцы подвергались подсушиванию в сушильном шкафу до постоянного веса при температуре НО °С и зачем подвергались обжигу в лабораторной печи с интервалом 50 °С от температурной границы, соответствующей переходу массы из пластичного в хрупкое состояние, и до температуры, при котором глинистые образцы оптимально вспучивались. Процесс изменения структуры образцов фиксировался при определении термовязкостных характеристик, проведении рентгеиофазовых анализов, путем определения кристаллической фазы (в %), а также электронно-микроскопическими исследованиями. Определение термовязкостных характеристик, открытой и закрытой пористости в обжигаемых образцах проводилось с целью как уточнения температурных границ фазовых изменений в материале, так и для изучения взаимосвязи между характером изменения вязкости пиропластической массы и развитием пористости в обжигаемых образцах (рис. 1). Результаты проводимых комплексных исследовашш позволили с достаточной полнотой судить о процессах структурообразования и изменения фазового состава обжигаемого глинистого материала, определить качественные изменения, происходящие в материале, установить вид кристаллических новообразований и остаточных кристаллов, их взаимное расположение и размеры.

Анализ полученных результатов показал, что характер изменения вязкости нагреваемых глинистых образцов не носит прямолинейный характер, в определенных температурных интервалах наблюдается образование аномальных участков, например, в интервалах температур 820...850 °С и 940...970 °С. Аномалии на графике исспользуемой глины характеризуют фазовые изменения, происходящие в обжигаемом глинистом материале, связанные с образованием и ростом в пиропластическом расплаве кристаллических новообразований шпинели, гематита и муллита.

В температурном интервале 850...900 °С наблюдается рост открытой и закрытой пористости. При температуре более 1100 °С процесс порообразования происходит наиболее интенсивно, благодаря полной диссоциации окислов железа с выделением при этом газаообразных

продуктов СО и С02, а также паров остаточной конституционной воды, продолжается рост открытой пористости.

— — — — — Е _ = — = Е

8 -- - - - — = = = - — Нг-

7 50 = = --- = = = = = = - = 1 т

: = Е = Е Е - Е Е - г я т гл

м = - = = = 1 г— = | = __

5 -1 х; / з; Е Ё - г _А Р П п

30 : = £ = с Г N Г— 5 г - = :--

3 : ъ % = |Е 7 В % - = —

2 ч 1 - г \ = --

V ! Ё 3 - ;Е Е Е - - = — 5 Е — Е Е Е Е

2 — С

ТО 900 1000 1100 1200

Рис. 1. График-)) вязкости, открытой, закрытой пористости и коэффициента вспучиваемости при обжиге смышлясвсхой глины.

Большое влияние на качество керамзита оказывает режим его охлаждения. При исследовании влияния режима охлаждения от температуры вспучивания до перехода массы в хрупкое состояние скорость остывания составляет 60, 40, 25 и 10 град/мин. Процесс изменения фазового состава образцов фиксировался при рентгенофазовом анализе, методами электронной микроскопии и, косвенно, путем определения фазового состава, двух- и трехвалентных форм железа.

Кристаллические новообразования, которые появляются в пиропластиче-ской массе при обжиге глинистых образцов и в начальный период охлаждения пористого заполнителя, существенно влияют на прочность стеклофазы, являющейся основным структурным элементом, определяющим физико-механические свойства керамзита. Большой интерес поэтому представляет изучение изменений фазового состава материала в зависимости от скорости его охлаждения, начиная от температуры вспучивания до перехода в хрупкое состояние. Как уже отмечалось исследования проводились комплексным методом.

При охлаждении керамзита с начальной скоростью 102 град/мин количественное содержание кристаллической фазы увеличивается по сравнению с охлаждением на воздухе до 9 %.

Рентгенофазный анализ образцов керамзита позволил установить, что основными кристаллическими новообразованиями в расплаве являются шпинель, гематит, муллит, кристобаллит. На рентгенограммах прослеживается увеличение амплитуды пиков муллита и гематита при начальном замедленном охлаждении вспученных образцов.

Электронно-микроскопические исследования в основном подтверждают и уточняют данные рентгенофазового анализа. В процессе охлаждения керамзита, когда материал находится в размягченном состоянии, процессы кристаллизации продолжаются. В результате при температуре > 1000 °С кристаллизуется муллит, который как бы армирует стеклофазу, способствуя тем самым ее упрочнению.

При снижении температуры до 900 °С, когда вязкость пиропластической массы достигает значении 1,0...5,0 -108 Па-с, происходит стабилизация пористой структуры материала. Если размягченная поризованная масса характеризуется развитой системой открытых пор, то происходит интенсивное окисление содержащихся в ней ионов двухвалентного железа с кристаллизацией гематита. Образовавшиеся кристаллы гематита внедряются в стеклофазу, служат источником ее раестекловывания, снижают прочность стенок пор, а, следовательно, и пористого заполнителя. Этот процесс протекает менее интенсивно в материале, обладающем малоразвитой открытой пористостью или уплотненным поверхностным слоем.

Таким образом, при замедленном начальном охлаждении количественное содержание гематита возрастает во всех без исключения случаях, но в разной степени. Для смышляевского керамзита при охлаждении его со скоростью 10 град/мин количество гематита в материале возрастает на 4,96 % по сравнению с охлаждением на воздухе.

Определение прочностных характеристик у исследованных керамзитов, охлажденных с разной начальной скоростью, показывает, что смышляевский керамзит обладает максимальной прочностью при охлаждении со скоростью 60 град/мин.

Температура ззтеердевания стекгшфазы является так называемой критической температурой охлаждения пористого заполнителя. Если его при этой температуре подвергать быстрому охлаждению, то в стеклофазе развиваются внутренние напряжения, которые существенно снижают его прочность.

Дилатометрические определения свидетельствуют, что исследуемый керамзит характеризуется различной температурой трансформации, которая зависит от химико-минералогического состава глин. Очень важно установить критическую температуру материала, т.к. это позволяет устанавливать температурные границы начальной скорости охлаждения материала.

При проведении лабораторных исследований и выпуске опытных партий керамзитового гравия на БОКЗе было установлено, что необходимый уровень переработки сырья для организации промышленного выпуска главным образом должен характеризоваться коэффициентом вариации Ур пластической прочности глиномассы, который должен составлять не более 7... 10 %. Кроме того требовалось, чтобы керамзитовый гравий имел в основном ок-

руглую форму, что способствовало бы повышению его прочности и однородности.

С этой целью была проведена реконструкция технологической линии на БОКЗе. Реконструкция была главным образом направлена на улучшение переработки глинистого сырья, установку разработанной в НИИКерамзите камневыделительной приставки к прессу СМ - 294. Серьезные работы были проведены по улучшению формы керамзитового гравия. Были запроектированы, изготовлены и смонтированы на заводе несколько типов грануляторов, которые позволили уменьшить коэффициент формы выпускаемого керамзита до 1,5, что позволило существенно повысить его прочность.

Для улучшения вспучивания использовался опудривающий материал в виде хромосодержащего катализатора с высоким содержанием АЬСЬ.

Основным критерием для оценки уровня качества переработки служил коэффициент вариации V,, пластической прочности Рт, определяемый коническим пластометром. Наладка и регулировка перерабатывающего оборудования преследовали цель получения гомогенной глиномассы с коэффициентом вариации \'р пластической прочности после формования не более 10 %, т.е. тот уровень переработки, который обеспечивает наиболее равномерное истечение массы из формующих решеток и даст возможность разрезать получаемые стержни на мерные цилиндрики.

Модернизация существующей на заводе технологической линии па выпуск специального особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью < ¡80...220 кг/м3 позволила впервые в страт наладить его промышленный выпуск в объеме около 50 тыс. м5 в год.

Б третьей главе обосновывается возможность и целесообразность изготовления однослойных керамзитобетонных стеновых панелей на основе использования принципиально нового материала - беспесчаного керамзитопе-нобетона.

Организация производства трехслойных стеновых панелей связана с серьезной перестройкой технологического процесса, а также с необходимостью обеспечения производства высокоэффективными дефицитными теплоизоляционными материалами и соответствующими сортами арматурной стали. Весьма актуальным является и необходимость повышения долговечности теплоизоляционных материалов и обеспечения их пожаробезопасности.

Повышение теплотехнических требований к стеновым конструкциям говорит о нецелесообразности выпуска прежних однослойных панелей. Поэтому является очевидной необходимость изыскания эффективных способов повышения теплоизоляционных способностей однослойных конструкций.

При этом следует учитывать, что в стране создана промышленность по производству керамзитового гравия и ориентированная на нее промышленность заводов сборного железобетона с преимущественным изготовлением однослойных стеновых панелей. Построены и действуют сотни заводов со сложившейся инфраструктурой и производственными коллективами. С этой

точки зрения менять номенклатуру выпускаемых изделий было бы не совсем правильным.

Необходимо отметить еще одну особенность эксплуатации зданий с многослойными ограждающими конструкциями. Однослойные стены из бетона являются паропроницаемыми. Трехслойные же стены содержат в среднем слое паронепроницаемый утеплитель, и поэтому создание здорового для человека микроклимата в помещениях немыслимо без организации принудительной вентиляции и регулирования влажности воздуха в здании путем создания системы кондиционирования. В противном случае резко ухудшается микроклимат, увеличивается влажность воздуха и конструкций, происходит рост числа заболеваний органов кровообращения и дыхания, подавляется иммунная система, возникают аллергические реакции в организме, а сэкономленное тепло уходит через форточки при проветривании помещений.

Из всего сказанного следует очевидный вывод, что выход из сложившейся ситуации лежит в изыскании эффективных технологических способов снижения плотности самого легкого бетона в однослойных панелях наружных стен.

Снижение плотности легкого бетона и, как следствие, его теплопроводности происходит при увеличении содержания легкого заполнителя, уменьшении его плотности и плотности растворной составляющей, которая достигается ее возможной поризацией.

Однако при этом уменьшается и прочность бетона, поэтому на практике приходится искать такое оптимальное соотношение в свойствах исходных материалов и бетона, чтобы его необходимые показатели достигались наилучшим образом.

Одним из путей решения данной проблемы является снижение плотности керамзитового гравия. Снижение насыпной плотности выпускаемого керамзитового гравия до 200 кг/м3 является существенным, но недостаточным условием доведения теплозащитных свойств стеновых панелей до требуемого уровня.

Анализ многочисленных литературных данных и многолетнего опыта работы промышленности по изготовлению однослойных ограждающих конструкций показал, что наиболее перспективным направлением следует считать изготовление керамзйтобетона с различными поверхностно-активными веществами.

Эти вещества после разведения их водой и аэрирования механическим или пневматическим способами могут давать довольно стойкую пену. Свежеприготовленная пена состоит из мелких воздушных пузырьков с тонкими оболочками из водного раствора пенообразователя. В случае, если пена с учетом применения различных стабилизаторов является более или менее устойчивой, то ей удается занять в керамзитобетоне определенный объем, вытеснить часть мелкого заполнителя и таким образом снизить плотность бетона.

Однако применяемые ранее пенообразователи клееканифольный, смолоса-пониновый, дегтеизвестковый и др. не позволяли добиться устойчивого объема и стабильности пены и соответственно бетона.

Эффективным решением данной проблемы является использование в однослойных стеновых панелях беспесчаного керамзитобетона, поризованного значительно более эффективными пенообразователями. Такой пенообразую-щей добавкой может быть ПО - 6К, выпускаемая промышленностью и применяемая для пожаротушения.

Под руководством автора была разработана технология введения этих пенообразователей в керамзитобетонную смесь в процессе ее приготовления в виде концентрированного раствора. Эта технология защищена патентом РФ № 2059587 "Способ приготовления керамзитобетонной смеси", 1996 г. (Бюл. № 3). Авторы Б.С. Комиссаренко и А.Г. Чикноворьян.

Сущность технологии приготовления керамзитобетонной смеси состоит в том, что после загрузки в смеситель керамзита, цемента и воды и предварительного перемешивания смеси в течение 2...3 мин. в смеситель подают концентрат технического пенообразователя (например, ТЮ-61С) и перемешивают смесь до готовности.

По сравнению со стандартной подачей в смеситель пены, разработанная технология обеспечивает эффективное вспенивание пенообразователя с образованием устойчивой пены. При этом межзерновое пространство керамзита заполняется порнзоваиным [¡сметным тестом, состоящим из мельчайших замкнутых пор, что обеспечивает получение бетона со степенью поризации до 30 %, пониженной на 10. .20 % плотностью и уменьшенной на 12 % теплопроводностью.

Пенообразующая добавка ПО-6К и другие ей подобные добавки, обладая способностью воздухововлечения, снижают поверхностное натяжение вредных пленок на твердых частицах и этим способствуют образованию очень мелких воздушных пор сфероидов.

При этом роль добавок заключается не столько во введении воздуха в бетон, сколько в преобразовании неравномерно распределенных в бетоне крупных воздушных пор во множество мелких воздушных пузырьков сферической формы диаметром 50 мк и менее. Эти пузырьки, размещающиеся между зернами заполнителя, обволакиваются тонкими пленками, обладающими поверхностным натяжением. Заменяя соЬой зерна песка, пузырьки снижают тангенциальное сцепление между зернами заполнителя, повышая при этом нормальное сцепление. В результате бетонная смесь с вовлеченным воздухом напоминает студнеобразную массу, обладая при этом пониженным коэффициентом внутреннего, трения и соответственно лучшей удобоукладываемо-стью и повышенной способностью противостоять расслаиваемости при различных технологических переделах. Помимо этого бетонная смесь с вовлеченным воздухом в меньшей степени оказывается подверженной водоотде-лению, так как воздушные пузырьки как бы закупоривают каналы, по которым циркулирует вода, причем последняя не может раздавить пузырьки, давление в которых превышает атмосферное.

Мельчайшие воздушные пузырьки, выполняя роль заполнителя и обогащая зерновой состав его в области мелких фракций, обеспечивают наиболее существенное улучшение удобоукладываемости и нерасслаиваемости в бетон-

ных смесях с малым содержанием вяжущего. К подобным смесям относятся в первую очередь конструкционно-теплоизоляцищшые керамзитобетоны для стеновых конструкций.

Определенную роль играет и необходимая стабилизация свойств керамзи-тобегонной смеси различными добавками. Для повышения устойчивости пены в водный раствор пенообразователя вводят различные стабилизаторы. Первоначальные эксперименты, выполненные в лабораторных условиях, показали, что добавление в керамзитопенобетон на основе ПО - 6К поливинил-ацетатной эмульсии значительно повышает жизнеспособность смеси. Так, обычный беспесчаный керамзитопенобетон через 15... 20 мин после приготовления теряет до 60...70 % вовлеченного воздуха, что приводит к расслоению и потери слитности готовой смеси. Введение в беспесчаный керамзитопенобетон поливинилацегатной эмульсии позволило стабилизировать свойства готовой смеси. Например, смесь с расходом материалов: Ц — 250 кг/м3, К - 1200 л/м3, ПО - 6К - 3,8 л/м3, ПАВ - 15 л/м3 и В = 200 л/м3 через 40 мин после приготовления сохранила слитную структуру, потери вовлеченного воздуха не превысили 5... 10 %, а прирост средней плотности смеси составил не более 20...25 кг/м3.

При выявлении влияния состава керамзитобетона на процессы воздуховов-лечения следует различать влияние расхода цемента, керамзитового гравия, воды и добавки. Выбор количества компонентов и их соотношения связан с заданной плотностью бетона, его прочностью и экономическими предпосылками. В практических условиях при подборе состава бетона или при его приготовлении соотношение и суммарный расход главным образом твердых компонентов меняются в небольших пределах и не оказывают существенного влияния на процессы поризации.

Необходимо подчеркнуть, что тесное смешение компонентов служит одним из важнейших условий для успешного осуществления любой технологии, в том числе, цементно-бетонной. Хорошее перемешивание цементных частиц с водой способствует более полному и быстрому их физико-химическому взаимодействию, а также равномерному обволакиванию зерен заполнителя тонким слоем цементного теста. Отвердевший цемент является в сущности минеральным клеем для зерен заполнителя. Известно, что прочность склейки обратно пропорциональна толщине склеивающего слоя и прямо пропорциональна ее площади, поэтому тесное смешение компонентов бетонной смеси, при котором между зернами заполнителя находятся тонкие прослойки вяжущего теста, способствует улучшению свойств бетонов и растворов.

Однако имеются следующие причины, из-за которых смешивание воды с цементом не происходит достаточно полно: 1) большое поверхностное натяжение воды и 2) наличие флокул в цементе.

Применение ПАВ в качестве добавок позволяет избегать подобных явлений и значительно улучшить стабильность керамзитобегонной смеси.

Бетоны с воздухововлекающими добавками типа ПО-6К в отличие от бетонов без этих добавок, имеют поры очень малых размеров практически не различимых визуально, отличающихся к тому же разобщенностью, вследст-

вие чего обладают более высокой водонепроницаемостью и морозостойкостью при меньшем капиллярном подсосе и более низкой г игроскопичности. Это полностью подтверждается лабораторными и промышленными экспериментами.

При испытании на водонепроницаемость плотного слитной структуры ке-рамзитобетона марки M 75 на смышляевском керамзите и расходе цемента 250 кг/м3 образцы диаметром и высотой 15 см выдержали давление водой 8 атм.

Морозостойкость подобных бетонов составляет более 100 циклов попеременного увлажнения и высушивания. К этому следует добавить результаты натурных экспериментов. Первые опыты и промышленное внедрение керам-зитобетона произошло в 1992 году в г. Сургуте Тюменской области. За это время в крае с вечной мерзлотой местным ДСК построены десятки зданий, которые успешно эксплуатируются до нашего времени.

Следует отметить, что применение добавок типа ПО-6К значительно увеличивает объем мельчайших воздушных пор в бетоне, в результате чего, исходя из традиционных теоретических предпосылок, необходимо было ожидать уменьшения прочности бетона примерно на 4 .6 % на 1 % увеличения воздухововлечения.

Однако этого не произошло. Керамзитоненобетоны при равнозначных с обычными керамзитобетоиами расходах цемента имени- и (фактически равную прочность.

Таким образом, можно отметить, что керавдитопенобетоны на добавках типа ПО-6К позволяют полностью отказаться от применения дорогостоящего керамзитового песка, резко снизить плотность и соответственно теплопроводность бетона, уменьшить водопотребность и соответственно отпускную влажность изделий, улучшить связность и удобоукладываемость смеси, упростить технологию изготовления изделий за счет отказа от применения песка, снизить транспортные расходы и добиться ряда других преимуществ.

За последние годы технология изготовления керамзитопенобетонных однослойных панелей наружных стен была внедрена на 15 предприятиях.

При повышении требований по теплопроводности было предложено использовать пенообразователь ПО - ЗНП, выпускаемый Новочеркасским заводом Ростовской области. Применение указанного пенообразователя с лучшей вспенивающей способностью и стабильностью пены позволяет еще в большей степени снизить плотность и соответственно теплопроводность бетона. Подобная технология была внедрена на Астраханском заводе КПД.

Таким образом, проведенные исследования позволили обосновать и внедрить принципиально новую технологию беспесчаных керамзитопенобетонных однослойных стеновых панелей.

В четвертой главе приводятся результаты исследований по разработке и исследованию нового материала со специальными техническими требованиями. Этот материал был создан в соответствии с постановлением Прави-

тельства СССР от 11 сентября 1972 года и распоряжением Минстроймате-риалов СССР № 17 - 30 - 62 от 25 января 1973 года.

Требования к материалу сводились главным образом к тому, что он должен был отвечать заданной диаграмме "напряжения - деформации". Это означало, что материал, обладая способностью выдерживать требуемые механические нагрузки, мог при этом определенным образом деформироваться, сохраняя необходимые размеры.

Подобных требований ранее к строительным материалам не предъявлялось. В связи с этим указанный материал получил условное название "податливая прослойка".

Механические характеристики материала при испытании в обойме по диаграмме "напряжения - деформации" обозначили возможные величины его деформации, которые должны были доходить до 40 и более процентов его длины.

13 результате проведения предварительных исследовании удалось установить, что подобный материал может быть получен на основе крупнопористого керамзитобетона. Причем, основным определяющим фактором является его общая пористость, и для получения ее необходимых значений крупнопористый керамзитобстон должен приготовляться на особо легком керамзитовом гравии с насыпной плотностью 180 ..220 кг/м3. При этом материал должен выдерживать напряжение 0,5... 0,7 МПа.

В процессе экспериментов была получена зависимость упругих и деформа-тивных свойств материала от его пустотности. Для установления этой зависимости был проведен пассивный эксперимент, в основу которого была положена гипотеза о линейном характере связи между прочностью керамзита, расходом цемента и пустотностью бетона.

Статистическая обработка результатов эксперимента с использованием ЭВМ позволила получить следующие уравнения регрессии:

= - 2,712 + 0,033 IV,, + 0,00134 Ри + 0,00237 К,; (2)

сту = 93,63 -1,0263 у„ - 0,01448 Р» + 0,1086 ИЕ, (3)

где- р.- - относительна« деформация крупкопорис-тот к-епямзнтобетокэ соответствующая началу упрочнения материала, см; 0У - предел упругости материала, МПа; va - объем межзерновых пустот, %; Рц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг; Рк - прочность керамзита, МПа.

Расчет Епр и ау по уравнениям показал удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных данных. Множественный коэффициент корреляции, характеризующий степень тесноты связи между факторами и результативным признаком для 8вр равен 0,76, для оу - 0,94.

Полученные зависимости позволяют расчетно-экспериментальным путем определять и прогнозировать упруго-деформативные характеристики материала. Создавая необходимую пустотность керамзитобетона и изменяя рас-

ход цемента, можно на одном керамзитовом гравии получать материал с различными физико-механическими характеристиками. На основании полугенных зависимостей были определены основные характеристики керамзитобе-тона и,- как следствие; насыпная плотность керамзита, составляющая 180...220 кг/м3. Эта характеристики объясняются необходимыми значениями пористости й прочности, которые позволяют получать материал с необходимыми показателями; • ;

Ранее крупнопористый керамзитобетон на особо легком керамзитовом гравии практически не'изучался. Поэтому определенный интерес представляли собой проведенные сравнительные исследования изменения продольных и поперечных деформаций, модуля упругости и прочности для свободных гранул, гранул в оболочке из цементного камня, самого цементного камня и , наконец, центральной гранулы в крупнопористом керамзитобетоне Характер изменения продольных и поперечных деформаций представлен на рис. 2.

Для исследованного крупнопористого керамзитобетона характерно наличие высоких продольных деформаций, когда кривая деформирования размещается не только правее соответствующей кривой для керамзитового гравия в цементной оболочке, но и правее кривой ^ - г. для цементного камня. Это обстоятельство говорит о качественном различии между работой заполнителя в плотном бетоне и работой его в условиях крупнопористой структуры.

в мерном случае керамзитовая гранула находится в объемно-напряженном состоянии, что повышает ее прочностные и деформативные свойства, приближающиеся к свойствам растворной составляющей и в конечном итоге снижающей концентрацию внутренних напряжений.

Для условий работм ; ранул в крупнопористом бетоне существенным фактором, кроме наличня пустот, является большая разница между деформатив-пыми свойствами керамзита и цементного камня, имеющего ограниченный контакт с гранулами.

Следует ожидать, что коэффициенты концентрации напряжений в гранулах на контакте с цементным камнем и собственно в контактах будут весьма значительными.

С целью определения численной величины указанных коэффициентов был произведен расчет идеализированной схемы крупнопористого бетона методом конечных элементов с привлечением аппарата матричной алгебры.

Деформативные свойства цементного камня и заполнителя были введены в расчёт по результатам проведённых ранее исследований.

Метод конечных элементов заключается в разделении рассматриваемого тела на ряд частей, в каждой из которых напряжения или деформации Могут быть определены известными методами теории упругости. Конечные элементы представляют собой упругие элементы определённого типа, на деформации которых наложены связи, заставляющие их деформироваться по определённой форме, сохраняющей по возможности непрерывность деформаций модели по всему объекту исследования. Этот метод даёт возможность дискретизировать модель, состоящую из разнородных по упругим свойствам

материалов. Для изучения концентрации напряжений в крупнопористом бетоне этот метод использовался впервые.

Рис. 2. Зависимость "напряжения - деформации" применительно к крупнопористому керамзитобетону:

1 - Г - для свободных гранул;

2 - 2' - для гранул в оболочке из цементного камня;

3 - 3' - для цементного камня;

4 - 4' - для крупнопористого керамзитобетона;

5-5' для центральной гранулы образца крупнопористого керамзитобетона.

Погрешность идеализации этого вида может быть снижена до желаемой величины уменьшением размеров элементов с увеличением их числа. В общем случае конечный элемент может иметь форму любого многогранника, однако наиболее удобной его формой для исследования объектов с округлыми вкраплениями (бетон) является треугольная.

Геометрические характеристики элементов идеализированной схемы керамзитобетона вычисляются исходя из объёмных концентраций керамзита и цементного камня. Теория вычисления напряжений для случая треугольного элемента может быть использована при определении концентрации напряжений в различных по упругим свойствам точках бетонного образца.

Для реализации метода конечного элемента применительно к крупнопористому бетону из последнего условно было вырезано четыре соседних гранулы, скрепленные цементным раствором.

Площади и толщина контакта гранул с цементным камнем определялись по соотношению цементного раствора и керамзитового гравия.

Сближение поверхностей гранул крупнопористого керамзитобетона назначалось исходя из фактической толщины обволакивающей цементной обмазки. Гранула керамзита идеализировалась в шар диаметром 20 мм.

Деформативные контакты керамзита в уплотняющей цементной обмазке и собственно цементного камня назначались по результатам ранее проведенных исследований.

В результате расчета идеализированной системы из шести конечных элементов (рис. 3) были вычислены коэффициенты концентрации напряжений в двух условных слоях крупнопористого керамзитобетона.

Рис. 3. Идеализированная схема крупнопористого керамзитобетона.

Как показали исследования, модуль упругости крупнопористого керамзитобетона ниже не только модуля упругости цементного камня, как это имеет место в плотных бетонах, но и значительно ниже модуля упругости отдельно взятых гранул с цементной корочкой.

Расчетный модуль упругости до нагрузок (0,5...0,6) 1*ч<> оказался равен 0,364 -10'5 МПа.

Экспериментальное значение модуля упругости бетона приведенного выше расчетного состава и указанных деформативных свойств заполнителя и раствора на уровне напряжений 0,5 оказалось равным 0,42 • 10'5 МПа.

Следует отметить, что модуль упругости крупнопористого керамзитобетона вычислен по предлагаемой методике впервые, а высокий

Р |Р

коэффициент концентрации напряжений в цементном камне указывает на развитие в нем предельных деформаций, которые предшествуют началу разрушения системы в целом.

Определение модуля упругости расчетным путем при помощи метода конечных элементов показало довольно хорошую сходимость полученных результатов с экспериментальными данными.

В соответствии со спецификой применения материала "податливой прослойки" и с техническими требованиями на него изучались следующие специальные свойства крупнопористого керамзитобетона: водопоглощение в воде и при капиллярном подсосе воды, длительная прочность под статической нагрузкой, линейные деформации бетона в воздушно-сухих условиях и при переменном увлажнении и высушивании.

Водопоглощение крупнопористого керамзитобетона определялось на образцах-цилиндрах. После нропаривания образцы высушивались до постоянной массы и взвешивались. Часть образцов помещалась на хранение в воду, часть хранилась в обычных условиях при температуре 15...20 °С и относительной влажности воздуха 50...60 %.

После 40 месяцев хранения образцы, хранившиеся в воде, показали более высокие прочностные свойства, чем образцы, хранившиеся в воздушно-сухих условиях. Однако это увеличение не превышает 0,05...0,07 МПа. Это объясняется тем, что прочность керамзитобетонных образцов, хранившиеся в воде несколько повышается за счет более полной гидратации цементного камня.

В процессе хранения образцов при капиллярном подсосе воды они помещались в нее на высоту 20 мм, и затем хранились в процессе также 40 месяцев. Сравнительные результаты испытаний образцов, хранившихся в воздушно-сухих условиях и при капиллярном подсосе воды, показал, что характер зависимости "напряжения-деформации" практически не изменился за принятый срок нспытатш.

Условия работы нового материала требовали изучения его ползучести. Ползучесть легких бетонов во многих случаях превышает ползучесть обычных тяжелых бетонов. В среднем деформации ползучести в 1,2... 1,4 раза больше деформации ползучести тяжелых бетонов. В принципе, ползучесть крупнопористых бетонов должна быть еще больше.

Исследование ползучести крупнопористого керамзитобетона проводилось путем приложения длительной статической нагрузки к образцам-цилиндрам диаметром и высотой 150 мм на установках пружинного типа. Деформации, возникающие при загружении и протекающие во времени, измерялись индикатором часового типа с ценой деления 0, 001 мм. Нагрузка на образцы передавалась через расположенные по торцам металлические пластины. Величина прилагаемой к образцам нагрузки принималась равной 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 от (Ту. После помещения образцов в пружинную установку образцам передавалась одна из указанных нагрузок.

В момент передачи нагрузки, равной 0,7 и 0,8 ау, образцы разрушились. Изучение ползучести образцов в течение 500 суток показало, что при

действии нагрузок от 0,4 сту до 0,6 ст.. изменение деформации носит одинаковый характер, хотя абсолютная величина деформации с ростом нагрузки естественно увеличивается. Опыты также показали, что крупнопористый керамзитобетон можно применять в конструкциях при действии длительной статической нагрузки не более 0,6 ау.

Определенное значение для расширения области применения крупнопористого керамзито бетона имеет изучение его стойкости к воздействию агрессивных сред и, в частности, агрессивных грунтовых вод.

В качестве агрессивных сред были приняты кислотная, сульфатная, щелочная и водная.

Общекислотная агрессивность создавалась концентрированной соляной кислотой до получения рН среды в пределах от 5,9 до 5. Расход концентрированной НС1 на 1 л воды составил 0,7...0,8 мл.

Сульфатная агрессивность создавалась сернокислым магнием МйЯО-, при концентрации иона 804 - 500мг/л, расход соли 0,625 г/л.

Щелочная агрессивность создавалась едкой щелочью КОН при концентрации 61 ...80 г/л.

В качестве водной среды применялась водопроводная вода.

По средним результатам испытаний образцов после пропарки, через 3, 5, 9, и 16 месяцев выявлена зависимость прочности бетона от времени хранения.

Анализ полученных данных показывает, что наиболее агрессивной по отношению к бетону является щелочная среда. При хранение в ней образцы стабильно теряли прочность. После 3-месячного пребывания в ней образцы снизили прочность на 23 %, после 5-месячного - на 45 %, после 9-месячного -на 77 %, после 12-месячного - на 85 %.

После ! 6 месяцев хранения образцов в шелочнон среде они снизили прочность практически на 100 %.

При хранении бетона в сульфатной среде спустя 3 месяца образцы снизили прочность на 7,3 %, после 5 месяцев - на 10,2 %; после 9 месяцев - на 12,2 %; посте 12 месяцев —на 12,8%' после 16 месяцев - ня 14 3%

Основная реакция протекает между гидратом окиси кальция цемента и сульфатом магния раствора. В первое время происходит накопление в пустотах бетона и порах заполнителя продуктов реакции, которые, как показали исследования В.В. Кинда, в некоторых случаях способны уплотнить бетон и повысить его стойкость. Поровые каналы цементного камня в это время играют роль путей переноса агрессивного раствора, и в них не происходит отложение солей, т. е. не происходит и снижение прочности.

В дальнейшем создается накопление осадка в порах заполнителя и цементного кампя, а процессы их кристаллизации являются в копечпом итоге причиной снижения прочности.

В кислотной и водной средах существенного снижения прочности бетона не происходит. Полученные результаты следует учитывать при строительстве сооружений из крупнопористого бетона.

Освоение промышленного производства блоков из крупнопористого керам-зитобетона производилось по разработанной под руководством автора технологии на Воскресенском заводе ЖБИ Московской области. Доставка особо легкого керамзита с насыпной плотностью 180...220 кг/м3 осуществлялась с Безымянского опытного завода НИИКерамзит при помощи специально изготовленных на Минском автозаводе автомашинах типа МАЗ с объемом кузова до 50,0 м3.

Технологическая схема производства блоков в принципе не отличается от общепринятой. Однако, имеются 3 принципиальных отличия, которые позволяют добиваться необходимого качества блоков.

К одному из отличий относится необходимость обеспечения стабильной плотности блоков. С этой целью была разработана автоматическая система управления процессом дозирования керамзитового гравия для коррекции состава бетона в зависимости от насыпной плотности гравия. Был разработан и изготовлен принципиально новый ленточный дозатор типа СБ - 42А, который позволял дозировать керамзитовый гравий по объему, но с весовым контролем. Объем материала на ленте дозатора величина постоянная (ширина и длина взвешиваемой части маятникового дозатора постоянная, высота подъема шибера постоянная). Установленные на дозаторе датчики веса выдают сигналы пропорционально насыпной массе дозируемою керамзита.

На данную систему дозирования выдано авторское свидетельство '"Устройство для дозирования легких заполнителей", N 593053, 1977г., авторы Комиссаренко Б.С., Ратновский В.Л.

Вторым принципиальным отличием предлагаемой технологии является применение смесителей гравитационного действия. Если для традиционного легкого бетона в силу возможного расслоения применение подобных смесителей запрещается, то для крупнопористого керамзитобетона они являются наиболее приемлемыми. Это объясняется тем, что в процессе перемешивания керамзитобетонной смеси гравитационные смесители не изменяют гранулометрический состав керамзита.

И, наконец, третьим принципиальным отличием является нецелесообразность интенсивного виброуплотнения изделий. Процесс вибрации должен продолжаться всего 3...5 сек во избежание расслоения блоков из-за возможного оседания цементного теста.

В соответствии с приведенными особенностями на Воскресенском заводе ЖБИ было налажено производство блоков из крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами с ежегодной производительностью линии около 50,0 тыс-м3 блоков в год.

В пятой главе приводятся исследования особенностей применения керамзитобетона в качестве ограждающей конструкции для лотков теплотрасс.

Строительство тепловых сетей с применением традиционных железобетонных лотков требует значительных материальных и трудовых затрат. Это в первую очередь связано с низкой долговечностью эксплуатируемых теплотрасс, весьма высокой стоимостью теплоизоляции на трубах, большим коли-

чеством ручного труда при строительстве теплотрасс и т.п. Для снижения стоимости прокладки, сокращения сроков строительства и повышения долговечности теплотрасс нами было предложено использование керамзитобетон-ных лотков. Это позволяет за счет совмещения конструктивных и теплоизоляционных функций керамзитобетона вообще отказаться от специальной теплоизоляции.

Применение нового способа прокладки теплотрасс потребовало проведения целого комплекса исследований, промышленных испытаний и анализа накопленного опыта внедрения.

При обосновании целесообразности применения нового способа прокладки геплотрасс проводилось изучение особенностей поведения керамзитобетона при воздействии повышенных до 150 °С температур. Получены результаты изменения прочностных и деформативных свойств керамзитобетона после нагревания в течение 28 суток, в результате чего прочность при сжатии повышается на 5... 10 %, прочность при растяжении снижается на 25 %, а модуль упругости уменьшается на 25...30 %.

Длительная эксплуатация керамзитобетона под землей предъявляет достаточно жесткие требовагия к его долговечности. В соответствии с разработанной нами методикой последняя оценивалась по показателям морозостойкости и стойкости при попеременном увлажнении и высушивании.

Изучение морозостойкости керамзитобетона показало, что после 100 циклов замораживания и оттаивания потеря прочности не превышает 10 %, что соответствует требованиям ГОСТ.

При попеременном увлажнении и высушивании образцы 8 часов находились в воде и 64 часа - на воздухе в помещении лаборатории. В процессе испытаний определялись изменения относительной длины образцов, их прочности и потери массы.

Изменение относительной длины образцов определялось на оптическом приборе ИЗВ - .1 с точностью измерения 0,0015 мм. Опыты показали, что величины усадки и набухания невелики и изменяются от + 0, 18 мм/м (набухание^ по - 0. 13 мм/м (усалкаУ С течением впемени величины усадки и набухания уменьшаются. Это говорит о стабилизации структуры бетона и отсутствии признаков его разрушения.

Сделанный вывод,подтверждают и данные изменения прочности бетона, его потерю массы. После 280 циклов попеременного увлажнения и высушивания потери массы бетона и его прочности не наблюдалось.

Таким образом проведенные опыты показали, что керамзитобетон является вполне долговечным материалом для работы в условиях подземной эксплуатации теплотрасс.

Проверялась также водонепроницаемость керамзитобетона. Было установлено, что образцы - цилиндры диаметром и высотой 15 см свободно выдерживают давление 4...6 атм. Это гарантирует при условии качественной заделки стыков в лотках их водонепроницаемость без применения специальных мер защиты, а, следовательно, и хорошие условия эксплуатации как трубопроводов, так и всей конструкции лотка в целом.

Были поставлены опыты по изучению коррозионной стойкости керамзито-бетона в агрессивных жидких средах. Воздействие агрессивной среды на ке-рамзитобетон в лабораторных условиях оценивалось по изменению прочности после различных сроков хранения образцов в агрессивных средах.

Испытания показали, что снижения прочности образцов плотного керамзи-тобетона при длительном хранении в средах с допускаемой средней степенью агрессивности практически не наблюдалось.

Исследования института НИИКерамзит и ряда других научно-исследовательских организаций, проведенные в последние годы, показали, что легкие бетоны на пористых заполнителях имеют коррозионную стойкость даже несколько большую, чем тяжелые бетоны. Повышенная коррозионная стойкость керамзитобетона на керамзитовом песке объясняется следующим:

- во-первых, керамзитовый гравий и песок обладают высокой стойкостью в агрессивных средах в силу особенностей их химического состава;

- во-вторых, поры заполнителей служат дополнительной емкостью, которая вмещает в себя кристаллы новообразований в теле бетона и этим способствует снижению кристаллизационного давления, которое вызывает растягивающие напряжения и разрушения бетона.

Следовательно, плотный керамзитобетон, применяемый в конструкциях лотков каналов при подземной прокладке тепловых сетей, является вполне долговечным материалом и не требует специальных мер защиты, отличных от тех, которые применяются для обычного тяжелого бетона.

В условиях длительной эксплуатации теплотрасс с лотками из керамзитобетона без подвесной теплоизоляции трубопроводов весьма актуальной является стойкость трубопроводов от возможной коррозии. Особую актуальность этого вопроса имело и то обстоятельство, что в процессе работы теплотрасс в канале тепло по законам физики двигается от холодного тела к горячему, т.е. от стенки канала к трубопроводу, и должно конденсироваться на стенках трубопровода.

Для изучения возможной коррозии трубопроводов при длительной эксплуатации проводили натурное обследование теплотрассы, уложенной с применением керамзитобетонных лотков без тепловой изоляции трубопроводов. Обследование проводилось в совхозе "Маяк" Самарской области. Были вскрыты два участка теплотрассы, эксплуатировавшейся более восьми лет. Визуальный осмотр труб показал, что на них не было обнаружено каких-либо признаков коррозии, состояние труб и керамзитобетонных лотков весьма удовлетворительное.

Низкая долговечность теплотрасс с наличием изоляции объясняется очевидно тем, что в процессе эксплуатации в теплотрассу попадают грунтовые воды, изоляция намокает и в канале создается влажная среда, способствующая довольно активному протеканию процесса коррозии. В канале из керамзитобетонных лотков при отсутствии изоляции создается достаточно сухая теплая среда, способствующая сохраненшо трубопроводов и препятствующая развитию процессов коррозии.

О сравнительно хорошей долговечности лотков говорит и обширный опыт к внедрения в строительство. Средний срок службы теплотрассы с зычными лотками составляет около 5 лет. Теплотрассы с лотками из грамзитобетона без подвесной теплоизоляции трубопроводов служат уже коло 30 лет без каких либо жалоб на их неудовлетворительную работу. Толщина лотка назначалась по данным теплотехнического расчета. Принципиальным отличием предлагаемых лотков от существующих явля-гся то обстоятельство, что в них роль эффективной теплоизоляции выполня-г воздушная прослойка. Применительно к существующей серии разработа-ы чертежи керамзитобетонных лотков. Они выполнены с применением ВМ.

Керамзитобетонные лотки при строительстве теплотрасс были внедрены олее чем в 40 экономических районах страны. Было уложено более 400 км гплотрасс. При этом был получен экономический эффект 1833 тыс. руб. Ъьиш разработаны технические условия 'Лотки теплотрасс ерамзитобетошше" (ТУ 69 РСФСР 66 75), которые были утверждены 1инсельстроем РСФСР.

Проведенные неоднократные натурные испытания опытно-промышленных частков теплотрасс подтвердили достатсчнуто теплоизоляцию рубопроводов и хорошие условия их эксплуатации.

Общие выводы

Впервые было показано, что из сырья с высоким содержанием глинистой фракции путем варьирования органическими я железистыми составляющими в сырье можно изготовить особо легкий керамзитовый гравий с насыпной плотностью ISO . 220 Ю7м при обязательном соблюдении условий ведения процесса термообработки по оптимальному температурному режиму.

Установлена корреляционная связь и функциональная зависимость насыпной плотности керамзитового гравия от химико-минералогического и гранулометрического составов глинистого сырья.

Описывается зависимость вязкости, открытой и закрытой пористости, а также коэффициента вспучиваемости от температуры обжига смышляев-ской глины.

Обосновываются особенности формирования пористой структуры заполнителя при обжиге, целесообразность введения опудривающих добавок и влияние скорости охлаждения керамзита на его прочность.

Показывается, что ступенчатый режим охлаждения способствует увеличению прочности смыпшяевского керамзита на 55 %.

Разработана технологическая схема подготовки и формования сырцовых гранул керамзита, которая обеспечивает требуемый уровень качества переработки глинистого сырья. Предложены новые гранулирующие устройства, позволяющие выпускать гравий округлой формы.

Выполненный комплекс лабораторных исследований и промышленных испытаний позволил впервые в стране освоить в промышленных масшта-

бах на действующем заводе производство особо легкого керамзитового гравия с насыпной плотностью 180...220 кг/м3.

3. Разработан принципиально новый вид конструкционно-тепло изоляционного бетона - беспесчаный керамзитопенобетон. За счет исключения из состава бетона мелкого заполнителя керамзитопенобетон становится легче на 300...400 кг/м3, имеет значительно меньшую теплопроводность и стоимость, более простую технологию производства, достаточную для стеновых конструкций долговечность, водонепроницаемость, морозостойкость и целый ряд других показателей.

4. В качестве пенообразующих компонентов предложено применять добавки ПО - 6К_ ПО - ЗИП, выпускаемые промышленностью. Добавки практически безвредны и безопасны, не требуют усложнения технологии производства панелей, хорошо транспортируются, обладают достаточной устойчивостью и долговечностью при хранении.

5. С учетом наличия в трехслойных панелях значительных недостатков, практически не реализуемых в наше время, представляется весьма целесообразным организовать производство однослойных наружных стеновых керамзитопенобетонных панелей. Связанное с этим некоторое увеличение толщины панелей в значительной степени окупится простотой технологии, наличием не дефицитных материалов, прогнозируемой долговечностью, отсутствием необходимости вести реконструкцию предприятий, уменьшением стоимости бетона на 100... 120 руб/м3 бетона, а также целым рядом других обстоятельств.

Технология приготовления керамзитопенобетонной смеси защищена патентом РФ (№ 2059587) и внедрена на 15 предприятиях страны.

6. На основе особо легкого керамзитового гравия впервые создан и исследован принципиально новый вид материала, отвечающий специальным техническим требованиям.

Механические характеристики крупнопористого керамзитобетона при испытании в обойме по диаграмме "напряжения-деформации" должны иметь определенные значения предела упругости материала, начала его упрочнения, относительных деформаций соответствующих этим значениям.

7. Изучена стойкость крупнопористого керамзитобетона к воздействию агрессивных сред. Наибольшее влияние на стойкость крупнопористого бетона оказывает щелочная среда, под влиянием которой образцы за 16 месяцев хранения полностью потеряли прочность. Сульфатная среда за этот же срок хранения привела к снижению прочности бетона на 14,3 %. Хранение образцов в кислотной среде в течение указанного периода практически не повлияло на прочностные свойства крупнопористого керамзитобетона.

Хранение крупнопористого керамзитобетона в воде и в условиях капиллярного подсоса воды в течение 40 месяцев не оказало существенного влияния на механические свойства материала. Материал выдержал испытания на морозостойкость.

Установлены основные закономерности и отличительные особенности деформативных свойств материала. Длительная статическая нагрузка на конструкции из крупнопористого керамзитобетона по абсолютной величине не должна превышать 0,6 ау.

Предложена методика определения модуля упругости крупнопористого керамзитобетона расчетным путем при помощи метода конечных элементов. Выполнение расчеты показали довольно хорошую сходимость полученных результатов с экспериментальными данными.

I. Показывается, что наличие в крупнопористом бетоне пустот и ограниченных контактов между гранулами вызывает весьма высокие концентрации напряжений, которые достигают своего максимума в контактном слое, что приводит к опережающему разрушению цементного камня.

В силу этого характер деформирования крупнопористого керамзитобетона существенно отличается от характера деформирования бетона плотной структуры. Почти в два раза повышается предельная сжимаемость керамзита, в полтора раза модуль упругости и в пять-шесть раз прочность гравия в бетоне Эти изменения вызываются главным образом эффектом испытания в обойме при всестороннем обжатии гранул в растворной составляющей бетона.

Установлена магемагичеекач зависимость упругих и деформативных характеристик материала от его пустоттюсти, расхода цемента и прочности керамзитового гравия. Полученная зависимость позволяет расчетно-зкепериментадьным путем определять и прогнозировать упругие и де-формативные характеристики материала.

1. Разработана принципиально новая технология изготовления специальных блоков из крупнопористого керамзитобетона со специально заданными свойствами. Осуществлено строительств промышленной установки на Воскресенском заводе ЖБИ с ежегодным производством изделий в объеме 50,0 тыс. м3 в год.

Разработана и утверждена Минобороны СССР и Минстройматериалов СССР "Инструкция по технологии изготовления блоков из крупнопористого керамзитобетона" ВСН 37 - 77 МО СССР.

2. Впервые предложен принципиально новый вид прокладки тепловых сетей с лотками из керамзитобетона без применения подвесной теплоизоляции трубопроводов.

Комплексное изучение свойств керамзитобетона (работа в условиях повышенных до 150 °С температур, морозостойкость, долговечность с учетом воздействия агрессивных грунтовых вод, водопроницаемость и т.п.) показало, что по этим показателям он не уступает обычному тяжелому бетону и может обеспечить нормальную работу теплотрассы.

Выполненный с помощью ЭВМ теплотехнический и конструктивный расчеты позволили разработать применительно к существующей типовой серии лотков из тяжелого бетона шесть типов лотков из керамзитобетона.

3. К настоящему времени лотки теплотрасс из керамзитобетона были внедрены более чем в 40 экономических районах страны. Уложено более 400

км теплотрасс. Были разработаны технические условия "Лотки теплотрасс керамзитобетонные" (ГУ 69 РСФСР 66), которые были утверждень Минсельстроем РСФСР. В процессе широкого внедрения результате] работы продолжалось изучение опытных участков теплотрасс, на которьп исследовались различные особенности их работы. Анаши рабогающи; теплотрасс показал, что в случае применения керамзитобетонных лотко! значительно повышается их экономическая эффективность i долговечность.

Экономическая эффективность замены тяжелого бетона ш керамзитобетон для различных районов России составляют 7... 13 руб на 1 ног. м теплотрассы, долговечность работающих теплотрасс превышает ш некоторых участках 20 лет.

!4. Впервые предложены и экспериментально подтверждены методики определения теплопроводности и прочности керамзита в гипсобетоне, долговечности и химической стойкости керамзитобетона, коррозионной стойкости в нем арматуры, прочности керамзитового песка и т. п.

Впервые проведены также исследования роли фазового состава керамзита в теплопроводности бетонов, химической стойкости керамзитобетона, влиянию сернистых и сернокислых соединений в керамзите на долговечность керамзитобетона и другие работы.

Эти работы систематизированы, разработанные на их основе предложения включены в действующие ГОСТы и ТУ.

Синеок научных трудов, опубликованных по теме диссертации.

i Комисеаренко Б.С. Повышение эффективности и улучшение качества ограждающих конструкции из керамзитобетона (монография). - Куйбышев, издательство Саратовского университета, 1990. - 160 с.

?.. Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Керамзит и керамзитобетон, Учебное пособие. - М., 1993. - 288 с.

3 Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Ограждающие конструкции из керамзитобетона (монография). - Самара, 1997. - 424 с.

4. Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Сафронова Г.В., Горлов А.И., Бурцев А.И. Проектирование предприятий строительной индустрии. Учебное пособие. - Самара, СамГАСА, 1999. - 815 с.

5. Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Управление качеством продукций стройиндустрии. Учебное пособие. - Самара, СамГАСА, 1997. -328 с.

6. Хохрин Н.К., Комиссаренко Б.С. МРТУ на дробленый керамзитовый песок для легких бетонов - М., Стройиздат, 1965.

7. Хохрин Н.К., Комиссаренко Б.С., Горных В.П. Зависимость прочности керамзитобетона от формы и характера поверхности гранул керамзита. // Технология легких бетонов на пористых заполнителях и их применение в строительстве. - М., Стройиздат, 1966. С. 62 - 65.

8. Комиссаренко Б.С., Петров В.П., Шарков В.М. Исследование влияния некоторых показателей керамзитового гравия на теплотехнические засыпки

из него. // Материалы научно-технической конференции по вопросам строительных материалов железнодорожного промышленного и гражданского строительства. - Ташкент, 1969. -С. 164 - 166. Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.Н., Клипикова Л.Н. О влиянии агрессивной среды животноводческих помещений на долговечность керамзитобе-тона. // Сборник трудов «Керамзит и керамзитобетон». - Куйбышев, 1971. -.N2 5.-С. 46- 49.

), Комиссаренко Б.С., Еременко В.В., н др. (всего 8 авт.). ГОСТ 9759 - 71 «Гравий керамзитовый». - М„ Изд. стандартов, 1971. .Спивак Н.Я., Комиссаренко Б.С. Самопроизвольная очистка листов кассеты. //Бетон и железобетон,-М., 1971. № 1.-С. 25- 26. ¡.Хохрин Н.К., Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.И., Клипикова Л.И. Влияние соединений серы в керамзитовом гравии на коррозию арматуры и стойкость керамзитобетона. // Сборник КуАСИ «Стойкость керамзитобетона»

- Куйбышев, 1971.-С. 23 - 26

¡.Комиссаренко Б.С , Шинулин В Н. Лотки теплотрасс из керамзитобетона / Строитель. - М., 1973. № 6.

; Комиссаренко Б.С, Ульянов Ю Н.. Клипикова Л.Н. О влияния соединений серы в керамзитовом гравии на коррозию арматуры и стойкость бетона. // Сборник докладов всесоюзного совещания «Защита строительных материалов и конструкций от коррозии». - Киев, 1973. - С. 63 - 65. >.Комиссаренко Б.С.. Шипулин А С. Эффективность применения керамзитобетона для устройства теплотрасс. // Сельское строительство.-- 1973. №10.-С. 14-15.

' Комиссаренко Б.С , Морозов Ю П Особенности применения зол Саранской ТЭС - 2 в качестве мелкого заполнителя для керамзитобетона. // Известия вузов. Секция «Строительство в архитектура» - М., 1974. № 6 - С. 46-49.

'.Комиссаренко Б.С, Клипикова Л.Н. Повышение эффективности легких бетонов регулированием фазового состава керамзитового гравия. // Материалы семинара Минпромслюя СССР «Опыт применения легких и эффективных конструкций в промышленном и гражданском строительстве».

- Тула, 1975. - С. 23-25.

¡.Комиссаренко Б.С., Зимин С.Б. и другие (6 авторов). Лотки теплотрасс ке-рамзитобетонные (ТУ 69 - РСФСР - 61 - 75). - М., 1975. ».Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.Н., Ягунд Г.К., Шаблевский В.В. Гравий керамзитовый со специальными свойствами. ТУ-21-31-15-76 - Куйбышев, 1976.

».Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.Н., Ягунд Г.К., Шаблевский В.В. Блоки из крупнопористого керамзитобетона со специальными свойствами. ТУ 2131-17-76. - Куйбышев, 1976.

.Комиссаренко Б.С., Якшаров О.Ю. и др. (всего 7 авторов) ГОСТ 9759-7] «Гравий и песок керамзитовые». - М., Издательство стандартов, 1976. ¡.Комиссаренко Б.С., Ратновский В.Я. Устройство для дозирования легких заполнителей. А.С. 593053. СССР. //Открытия. Изобретения, 1977.

23.Комиссаренко Б.С., Петров В.П. и другие (всего 8 авторов) ГОСТ 9758-' «Заполнители пористые неорганические для бетона. Методы испытания;

- М., Издательство стандартов, 1978.

24.Комиссаренко Б.С., Зак Д.Н., Ульянов Ю.И. Система автоматического д< зирования заполнителей для приготовления смесей легкого бетона. // Тез ническая информация ВНЙИЭСМа, серия «Промышленность сборног железобетона». - М., 1979. - Вып. 3.

25.Комиссаренко Б.С., Морозов Ю.П., Спивак Н.Я. О нормировании влажж сти и водопоглощения керамзитового гравия. // Керамзит и керамзитоб« тон: Сб. науч. трудов НИИ Керамзита. - М., 1981. № 13. - С. 53 - 56.

26.Комиссаренко Б.С., Сафронова Г.В. Применение лотков из керамзитоб« тона при строительстве теплотрасс без устройства подвесной теплоизош ции. // Сборник докладов международной научно-технической конфереь ции (Болгария) - Варна, 19S2. - С. 19 - 21.

27.Комиссаренко Б.С., Шаль Б.В., Павлихина Е.Ф. Исследование влияни химической стойкости керамзитового гравия на долговечность керамзите бетона в условиях кислых и щелочных сред. // Сборник трудов ВНИИСт ром «Керамзит. Технология и применение». - М., 1982. - С. 23 - 25.

28.Комиссаренко Б.С., Гольд И.Ф., Морозов Ю.П. Исследования свойств кс рамзитобетона и технологических особенностей его укладки при воз веде нии экспериментального монолитного элеватора. // Керамзит. Технологи и применение: Сборник научных трудов ВНИИС грома - М., 1982. - С. 6

- 68.

29.Комиссаренко Б.С., Морозов Ю.П. Повышение эффективности керамзи тобетонных конструкций путем использования зол ТЭС в качестве мелке го заполнителя. // Строительные материалы, 1983, № 9. с. 17 - 19.

30.Комиссаренко Б.С., Морозов Ю.П. Повышение эффективности легких бе тонов при использовании в качестве мелкого заполнителя зол тегшоэдеь тростанций. // Легкобетонное домостроение. Сборник научных трудо ЦНИИЭП жилища. - М„ 1983. - С. 94 - 96.

31.Комиссаренко Б.С., Путилов В.М., Сафронова Г.В. Строительство тепле трасс с лотками из керамзитобетона без теплоизоляции трубопроводов., Бетон и железобетон. -1983. № 7. - С.34.

32.Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.И., Клипикова Л.Н. Керамзитобетонны полы животноводческих помещений. // Сельское строительство. - 1983. J\ 4.-С. 11-13.

33.Комиссаренко Б.С., Морозов Ю.П., Сафронова Г.В., Богословский В./1 Новые ГОСТы на пористые заполнители. // Строительные материалы. М„ 1984.№2.-С. 30-31.

34.Комиссаренко Б.С., Скиба Б.В. Энергоемкость при изготовлении наруж ных стен жилых домов. // Повышение качества пористых заполнителей Сборник научных трудов ВНИИСтрома, - М., 1984. - с. 94 - 98.

35.Комиссаренко Б.С., Ульянов Ю.И., Клипикова Л.Н. Долговечность керам зитобетона в агрессивных средах сельскохозяйственных производствен

пых зданий. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по легким бетонам. - М., 1985. - С. -24 - 26.

6.Комиссаренко Б.С. Об улучшении зернового состава керамзита. // Строительные материалы. - М., 1986. № 4. - С. 22-24.

7.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. О целесообразности производства мелкого керамзита фракции 5 - 10 мм и песка дроблештем крутшофракци-онного керамзитового гравия. // Известия вузов. Секция «Строительство и архитектура». - Новосибирск, 1988. № 2. - С. 73 - 77.

8.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Бекасова Л.М. Улучшение теплозащитных характеристик наружных ограждающих конструкций в сборном домостроении. // Промышленные отходы - резерв строительного производства. Мат-лы конференции 9 - 10 апреля. Севастополь, 1990. - С. 120 — 121.

9.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Чиликин A.B. Опыт использования зол-уносз Сызранской ТЭЦ в производстве композиционных вяжущих. // Промышленность сборного железобетона, экспресс-обзор. Сер. 3 - 1990. -Вып. 3.

О.Комиссаренко Б.С , Чиликин A.B., Чикноворьян А.Г. Опыт использования зол-уноса Сызранскои ТЭЦ в производстве композиционных вяжущих. /У Промышленность сборного железобетона, техн. информ. ВНИИЭСМа. Сер 3, вып. 3 - М„ 1990. - С 15 - 17

| .Комиссаренко Б.С.. Чиликин A.B.. Чикноворьян А.Г. Эффективные смешанные вяжущие ¡¡а основе местных отходов производства. Н Утилизация промышленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов, матер-лы республиканской научно-технической конференции. Ровно, 1991. С. 62 - 64.

2 Комиссаренко Б.С., Чиликин A.B., Чикноворьян А.Г. Использование зол-уноса Сызранскои ТЭЦ в производстве композиционных вяжущих. // Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве, материалы Всесоюзной НТК. - Челябинск, 1991. С. 32 - 35.

13. Комиссаренко Б.С. Особенности применения ускоряюще-пластифицирующей доЬавки ИДО - М в технологии керамзитобетона. // Материалы Всесоюзной конференции «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии». - Белгород, 1991. - часть 10. - С. 31 -34.

14.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Чиликин A.B., Афанасьев A.M. Легкие бетоны на основе отходов промышленности. Учебное пособие. / Под ред. Комиссаренко Б.С. - Самара, СамАСИ, 1991. - С. 92.

15. Комиссаренко Б.С. Совершенствование ограждающих конструкций из керамзитобетона. // Стройинфо. - Самара, 1994. № 3. - С. 43 - 45.

(б.Комиссаренко Б.С., Чиликин A.B., Чикноворьян А.Г. Технология бетона и железобетона. Учебное пособие. - Самара, СамГАСА, 1995. - 75 с.

17.Комиссаренко Б.С. Ограждающие конструкции из керамзитобетона. // Проблемы строительного материаловедения и новые технологии, межву-

зовский тематический сборник научных трудов. 42. - Белгород, 1995. - < 44 - 47.

48.Комиссаренко Б.С., Мизюряев С.Л. Из опыта изготовления бетонных ж ростойких конструкций. // Стройинфо. - Самара, 1995. № 2. - С. 51 - 53.

49.Комиссаренко Б.С., Сафронова Г.В. Строительство теплотрасс с лоткам из керамзитобетона без теплоизоляции трубопровода. // Стройинфо - С мара, 1995. № 2. С. 44 46.

50.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Технологические особенное] предварительного пароразогрева керамзитобетонных смесей и бетонов i их основе. // Современные проблемы строительного материаловедени Академические чтения РААСН. - Самара, СамГАСА, 1995. - С. 36 - 38.

51.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Мизюряев С.А. Повышение эффе1 тивности и улучшение качества ограждающих конструкций из керамзит< бетона. // Современные проблемы строительного материаловедения. Ак; демические чтения РААСН. — Самара, СамГАСА, 1995. — С. 41 — 43.

52.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Мизюряев С.А. Опыт производстт беспесчаного керамзитопенобетона для однослойных наружных стеновы панелей. - Самара, Стройинфо, 1995. № 5. - С. 27 - 28.

ЗЗ.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Мизюряев С.А. Однослойные н; ружные стеновые панели из керамзитобет она с улучшенными характерг стиками. // Стройинфо - Самара, 1996. № 11. - С. 24 - 26.

54.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Способ приготовления керамзите бетонной смеси. Патент 2059587. РФ. // Открытия. Изобретения. 1996.

55.Комиссарснко Б.С., Чикноворьян А.Г. Керамзитобетон - материал для н; ружных стеновых панелей. // Строительные материалы, 1999. № 4. - С. I -17.

56.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Керамзитобетон - материал дл наружных стеновых панелей // Строительные материалы, 1999. № 4. - С 15-17.

57.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г., Синев А.П. Производственны опыт изготовления наружных стеновых панелей из беспесчаног керамзитобетона, предназначенных для эксплуатации в условия Астраханской области. - Самара, Стройинфо, 1999, № 21. - С. 31 - 34.

58.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Эффективные однослойные наружные стеновые панели из беспесчаного керамзитопенобетона на новом сит тетическом пенообразователе. // Строительные материалы, оборудовали! технологии XXI века. -М., 2000. № 2. - С. 19 - 21.

59.Комиссаренко Б.С. Перспективы развития керамзита с учетом совремет ных задач стройиндустрии // Материалы шестых академических чтени РААСН. - Иваново, 2000. - С. 237 - 240.

60.Комиссаренко Б.С., Чикноворьян А.Г. Материал для наружны ограждающих конструкций // Известия вузов. Строительство. - Новост бирск, 2000. № 1. - С. 46 - 50.