автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение качества и эффективности производства стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона

од

На правах рукописи

СТРЕЛЬБИЦКИЙ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СТЕНОВЫХ БЛОКОВ ИЗ НЕАВТОКЛАВНОГО ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Московском Государственном строительном университете

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Сахаров Г.П.

доктор технических наук, профессор Горлов Ю.П.

кандидат технических наук, с.н.с., зав. сектором технологии лаборатории ячеистых бетонов и конструкций НИИЖБа Ухова Т. А.

Ведущая организация — Минстрой РФ

часов в аудитории

Защита состоится 'Э&к'. ¡995 г в /г

№ на заседании диссертационного совета К.053.11.02 в Московском Государственном строительном университете по адресу: 113114, г. Москва, Шлюзовая набережная, д.8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ефимов Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Энерго- и ресурсосбережение является генеральным направлением современной технической политики РФ в области строительства. В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Из общего объема потребляемой ими энергии, составляющего около 43% всей вырабатываемой тепловой энергии, 90% идет на отопление, 8% - на производство строительных материалов и изделий и 2% - на строительство, что в 2...2,5 раза превышает ее потребление в западноевропейских странах, в первую очередь за счет меньшего термического сопротивления ограждающих конструкций и больших теплопотерь. Для уменьшения неоправданно большого энергопотребления зданий и. учитывая высокую стоимость энергоносителей, правительствами России, Москвы и Минстроем РФ разработаны комплексные научно-технические программы энергосбережения в строительстве. В частности, постановлением Минстроя РФ №18-81 от 11.08.1995 г. утверждены и введены в действие с 1.09.1995 г. новые нормативы по теплозащите зданий (изменение №3 СНиП 11-3-79" "Строительная теплотехника"). Они предусматривают поэтапное (до и после 2000 г.) снижение их энергопотребления на 20...40% за счет, в частности, увеличения в 1,5...3,5 раза сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Чтобы его обеспечить пришлось бы в два и более раз увеличить толщину наружных стен, что неприемлемо. В московских, нормах МГСН 2.01-94 прямо сказано, что толщина наружных стен не должна превышать требуемую по несущей способности. Поэтому основным направлением повышения энергоэффективности ограждающих конструкций зданий является разработка легких и облегченных материалов и конструкций. К ним могут быть от-несены;как показывает мировой п частично отечественный опыт, слоистые ограждения с конструктивным слоем из традиционных материалов в сочетании с эффективным утеплителем из минераловатных и пенополи-стирольных плит, а также однослойные из ячеистого бетона средней плотности < 700 кг/м3, обладающие повышенной теплотехнической однородностью и пожарной безопасностью. Стоимость в деле тех и других '' в сборном варианте примерно одинакова, а мелкоштучном - меньше из ячеистого бетона. Несмотря на это, стоимость мелкоштучных изделий (стеновых блоков и перегородочных плит) из автоклавного ячеистого бетона достаточно высока (до 580...600 тыс. руб./м3, например, в Москве Московской области и до 430...450 тыс. руб./м3 - в Самаре), чтобы сни-

зить стоимость жилищного строительства до цены, доступной большинству населения, как того требует новый этап реализации государственной целевой программы "Жилище". Это связано с повышенной энерго- , металло- и фондоемкостью автоклавного производства, малой рентабельностью и дальними перевозками готовой продукции.

Потенциально требованиям энергоматериальной и экономической эффективности отвечают изделия из неавтоклавного ячеистого бетона, о чем свидетельствуют исследования и практический опыт их производства и применения в строительстве в разных регионах России и бывших союзных среднеазиатских республиках.

Однако достигнутые в большинстве случаев качественные показатели неавтоклавного ячеистого бетона не удовлетворяют современным требованиям. Средняя его плотность, как правило, выше 900 кг/м3, велика усадка, недостаточна прочность. Производство его до сих пор базируется на слабой, часто кустарной или приспособленной базе, не обеспечивающей надлежащего качества и стабильности продукции, как при автоклавном производстве на предприятиях зарубежных фирм Itong, Hebel, Siporex.

Исходя из сказанного можно сформулировать следующие гипотетические условия, необходимые для реализации потенциально эффективных производственных и потребительских свойств неавтоклавного ячеистого бетона в ограждающих конструкциях нового поколения:

1. Повысить качественные показатели неавтоклавного ячеистого бетона и изделий на его основе до образцового уровня;

2. Разработать с учетом имеющихся научных достижений надежную безотходную и экологически чистую технологию стеновых блоков и перегородочных плит из неавтоклавного ячеистого бетона;

3. Разработать на современном научно-техническом уровне производственную базу неавтоклавного ячеистого бетона рациональной мощности с минимальными сроками окупаемости капвложений;

4. При оценке технического уровня неавтоклавного ячеистого бетона и разработке его нормативной базы следует учитывать изменение свойств неавтоклавного ячеистого бетона во времени.

Перечисленные условия определяют цель, направление и содержание исследований диссертации, которые представляют собой пилотную разработку показательного производства изделий из неавтоклавного ячеистого бетона нового поколения.

Тема диссертации связана с Федеральной и Московской программами: "Основные направления энергетической политики России на период до 2010 г." (Указ Президента от 07.05.1995 г.); "Энергоэффективность в строительстве" (Постановление Минстроя РФ от 22.12.1993 г.); "Об основных направлениях энергосбережения в Москве на период до 1995 г." (Постановление правительства Москвы от 27.10.1992 г.), а также программой "Стройпрогресс" и тематическим направлением НИР МГСУ.

Цель и задача работы. Целью работы является - повышение качества и эффективности неавтотславного производства стеновых блоков и перегородочных плит из ячеистого бетона, обеспечивающих расширение их производства в регионах России, снижение стоимости строительства и энергопотребления зданий.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Оценить технико-экономическую эффективность применения ячеистого бетона в ограждающих конструкциях нового поколения с повышенными теплозащитными свойствами;

2. Обосновать целесообразность технологической диверсификации производства ячеистого бетона;

3. Разработать функциональные требования и технологическую схему производства, обеспечивающие получение неавтоклавного ячеистого бетона и изделий на его основе с повышенными качественными показателями;

4. Разработать технологические параметры производства неавтоклавного ячеистого бетона, изучить его структуру и свойства и оценить их влияние на теплотехнические показатели ячеистого бетона в связи с существующими методами определения их по СНиП 11-3-79* ;

5. Разработать технологический регламент и задание на проектирование неавтоклавного производства стеновых блоков и перегородочных плит с их шлифовкой, калибровкой и упаковкой в полиэтиленовую пленку;

6. Разработать проектную документацию и определить исходя из нее технико-экономическую эффективность неавтоклавного производства стеновых блоков в сравнении с автоклавным;

7. Разработать макет неавтоклавного производства стеновых блоков и перегородочных плит.

Научная новизна.

- выявлена технико-экономическая эффективность применения ячеистого бетона в ограждающих конструкциях нового поколения с повышенными теплозащитными свойствами;

- обоснована целесообразность технологической диверсификации производства ячеистого бетона на современной научно-технической основе, означающей демонополизацию автоклавного производства и ценообразования, расширение выпуска и повышение качества неавто-клавпого ячеистого бетона до образцового уровня; снижение его стоимости и широкое применение в ограждающих конструкциях;

- выявлен на основании анализа механических, теплотехнических и акустических требований к ограждениям предел снижения средней плотности ячеистого бетона в однослойных наружных стенах - 500 кг/м3;

- разработаны функциональные требования к неавтоклавному ячеистому бетону, его технологии и изделиям на его основе, обеспечивающие достижение повышенного технического уровня и стабильности продукции;

- выявлена эффективность совместного помола цемента и песка до пониженной удельной поверхности молотой смеси - около 300 м2/кг;

- разработаны математические модели требуемой прочности исходного раствора для изготовления ячеистого бетона заданного класса при фактической однородности прочности и Б/Т и оптимальные составы растворов при разной дисперсности молотой смеси;

- проявлена связь прочности исходного раствора и ячеистого бетона на его основе на стадии изготовления и структурных изменений цементного камня со свойствами ячеистого бетона при его дальнейшем твердении;

- выявлена пониженная сорбционная влажность и теплопроводность неавтоклавного ячеистого бетона по сравнению с автоклавным и обоснован выбор тепло физических показателей ячеистого бетона по группе А СНиП 11-3-79* ;

- разработаны технологический регламент и техническое задание на проектирование показательного неавтоклавного производства стеновых блоков и перегородочных плит из ячеистого бетона с повышенными качественными показателями;

- выявлена высокая экономическая эффективность производства и применения стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона в ограждающих конструкциях нового поколения.

Практическое значение. Разработаны научно-производственные основы повышения качества и эффективности неавтоклавного ячеистого бетона и изделий из него, обеспечивающие их конкурентноспособность по сравнению с другими материалами в ограждающих конструкциях. Созданы предпосылки для технологической диверсификации производства ячеистого бетона, означающей демонополизацию автоклавного производства и ценообразования, сокращение малорентабельного производства мелкоштучных неармированных изделий; создание в регионах России и странах СНГ технически оснащенных предприятий неавтоклавного ячеистого бетона средней мощности со сроками окупаемости капвложений - 1,5...2 года; значительное, в 1Д..2 раза, снижение энергоемкости и стоимости выпускаемой продукции, что отвечает требованиям нового этапа реализации государственной целевой программы "Жилище". Однослойные ограждения из неавтоклавного ячеистого бетона по энергоматериальной эффективности не уступают слоистым с эффективным утеплителем..

Наглядные результаты исследований и разработок по теплозащите ограждающих конструкций и неавтоклавному производству стеновых блоков и перегородочных плит могут использоваться в учебном процессе.

Внедрение результатов. Разработана проектная документация технологического комплекса по производству стеновых блоков и перегородочных плит из неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 600...700 кг/м3 мощностью 35,64 тыс. м3 в год. Сделан расчет экономической эффективности производства стеновых блоков по проекту. Составлены сметы на строительно-монтажные работы и технологическое оборудование. Все предусмотренное проектное оборудование изготовлено и хранится на базе заказчика. Начато освоение отведенной под строительство комплекса площадки.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на Международном симпозиуме "Экологическое строительство и образование" в рамках Первой Международной выставки-ярмарки "Стройэкология - 94" в Москве; Юбилейной научно-технической конференции МГСУ, посвященной 75-и летию МИСИ-МГСУ в апреле 1996 г.; на кафедре строительных материалов МГСУ в 1996 г.

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ в центральных отраслевых журналах.

На защиту диссертации выносятся:

-8- обоснование технико-экономической эффективности применения ячеистого бетона в ограждающих конструкциях зданий нового поколения и целесообразности технологической диверсификации производства ячеистого бетона при изготовлении стеновых блоков и перегородочных плит;

- функциональные требования и схема производства, обеспечивающие получение неавтоклавного ячеистого бетона и изделий на его основе с повышенными качественными показателями и защитным покрытием;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по формированию структуры неавтоклавного ячеистого бетона многокомпонентного состава на базе цемента и песка и его технологии в соответствии с предложенной схемой производства; динамики изменения прочности и фазового состава гидратных соединений ячеистого бетона в разные сроки его твердения после пропаривания;

- результаты сравнительных исследований сорбционной влажности и теплопроводности автоклавного и неавтоклавного ячеистого бетона и обоснование выбора теплотехнических показателей ячеистого бетона по группе А СНиП И-3-79* ;

- практическое освоение результатов исследований и технико-экономическая оценка эффективности неавтоклавного производства стеновых блоков и перегородочных плит по выполненным разработкам.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, вьюодов, списка литературы из 126 наименований и одного приложения; изложена на 126 стр. машинописного текста и иллюстрирована 24 рисунками и 27 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Снижение энергопотребления и стоимости строящихся, реконструируемых и эксплуатируемых зданий является ключевой проблемой строительного комплекса. Большая роль в ее решении принадлежит ограждающим конструкциям, удельный вес которых в стоимости зданий составляет около 50%, и через которые теряется до 90% потребляемой зданиями тепловой энергии, в том числе через наружные стены -45%. Действовавшие до 1.09.1995 г. нормативы по теплозащите зданий вызывают энергетический дисбаланс, связанный с большим расходом тепловой энергии на отопление зданий и значительно уступают западноевропейским (рис. 1).

15. Финляндия

H. Дания 13.Норвегия 12. Швеция 11. Россия 10. Франция 9. Швейцария 8. Бельгия

7. Австрия 6. Германия 5. Италия 4. Нидерланды 3. Ирландия 2. Великобритания

I. Турция

Рис.1 Относительный уровень приведенных толщин теплоизоляции наружных ограждений в эволюционном развитии в разных странах: 1 '1982 г. (1986 г. - Россия);

МММ 1990 г. (1995 г. - Россия).

Новые нормы по теплозащите зданий призваны существенно уменьшить их эксплуатационные энергозатраты. Требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен согласно им определяется исходя из градусо-суток отопительного периода в заданном климатическом районе. Для Москвы и Московской области, например, для жилых, лечебных и детских зданий и учреждений они составляют около 5000 °Ссут., в соответствии с которыми требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен указанных зданий должно быть не менее 1,8 м2-°С/Вт-для первого этапа и 3,15 м2-°С/Вт - для второго. По сравнению с прежними, новые нормативы в 1,5...1,9 раза больше на первом этапе энергосбережения и в 2,5...3,3 раза - на втором; причем в большей мере для однослойных ограждений. Чтобы механически не увеличивать толщину наружных стен, необходима разработка легких и облегченных ограждающих конструкций, позволяющих им одновременно выполнять несущие и повышенные теплозащитные фушеции. Мировая строительная практика (Западная Европа, США, Канада, Япония, Китай, Южная Корея) вдет по пути применения слоистых ограждающих конструкций с конструктивными слоями из легкого и мелкозернистого бетонов и кирпича в сочетании с минераловатным и пенополистирольным утеплителем. В оте-

чественнон строительной практике слоистые ограждающие конструкции составляют не более 30%, остальные - однослойные, преимущественно из керамзшобетона средней плотности 1100...1200 кг/м3, и ячеистого бетона средней плотности 650...700 кг/м3.

В табл.1 приведены толщины наружных стен эквивалентного теп-лосопротивления из разных материалов для климатических условий Москвы и Московской области и двух этапов энергосбережения в строительстве.

Таблица 1

Толщина наружных стен жилдомов для Москвы и Московском обл., м

№ Типы ограждающих конструкции 1 этап 2 этап

без учета коэф-та с учетом коэф-та без учета коэф-та с учетом коэф-та «|.»

1 Элементы "ЮНИКОН" с монолитной решеткой плотностью 250...350кг/мэ 0,26 0,36 0,4 0,53

Трехслойные панели с пено-полистирольным утеплителем и конструкционными слоями из: -легкого бетона -тяжелого бетона 0,26 0,31 0,35 0,41 0,39 0,49 0,52 0,65

3 Полистиролбетонные блоки плотностью 400...500 кг/м3 0,31 0,41 0,61 0,81

4 Керамзитополисгнролбетон-ные панели плотностью 700 кг/м3 0,49 0,65 0,80 1,06

5 Керамзитобетонные панели плотностью 900 кг/м3 0,62 0,65 1,14 1,2

6 Кладка из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг/м3 1,11 1,17 1,92 2,02

7 Кладка из полнотелого кирпича плотностью 1800 кг/м3 1,41 1,48 2,42 2,55

8 Блоки из автоклавного ячеистого бетона средней плотности 700 кг/м3 0,55 0,48 0,58 0,51 0,94 0,82 0,99 0,86

9 Блоки из неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности: -700 кг/м3 -500 кг/м3 0,52 0,42 0,35 0,3 0,55 0,44 0,37 0,33 <Х9 0,72 0,60 0,54 0,95 0,76 0,63 0,57

Примечание. Над чертой значения, соответствующие выбору коэффициента теплопроводности по графе Б, под чертой - А. г - коэффициент теплотехнической однородности ограждений.

- и -

Неприемлемыми на обоих, этапах, как следует из приведенных данных, являются однослойные ограждающие конструкции из полнотелого и пустотелого кирпича и керамзитобетона средней плотности 900 кг/м3. Наиболее эффективными оказываются ограждения из пенополистирол-бетонных блоков "Юникон", трехслойные панели с пенополистироль-ным утеплителем и конструктивным слоем из легкого бетона и ограждения из блоков неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 700...500 кг/м3. Вместе с тем, многослойные ограждения имеют в 1,27.„1,35 раза меньшую теплотехническую однородность, чем однослойные, что вызывает дополнительную конденсацию водяных паров на мостиках холода, перепад температуры между средней частью и краями ограждений и необходимость увеличения толщины стены. Кроме того, отечественные полимерные и минераловатные утеплители имеют недостаточную пожаробезопасность и долговечность, что необходимо учитывать при их использовании в многоэтажных зданиях. Устройство па-роизоляции и применение малопроницаемых утеплителей ухудшает воздухообмен и микроклимат помещений, что требует устройства принудительной вентиляции. Климатические условия селитебной части России значительно отличаются от западноевропейских. Средняя температура наиболее холодного месяца в России — -8...-28°С, в Западной Европе от -4,5...+2°С; продолжительность отопительного периода соответственно — 200...250 и 100...180 дней. Поэтому для гарантированного и эффективного применения слоистых ограждений необходим дифференцированный подход, учитывающий район строительства, функциональное назначение и этажность зданий, требуемую огнестойкость, пожаробезопасность и долговечность; требуется проведение соответствующих испытаний и натурных обследований.

Потенциально конкурентноспособными по всем показателям являются наружные ограждения из ячеистого бетона, средней плотности 700...500 кг/м3, имеющие широкое распространение в мире. Однако автоклавное производство ячеистобетонных изделий достаточно энерго-, металле- и фондоемко; содержание и эксплуатация его обходятся дорого, чем объясняются высокие цены на продукцию. Неодинакова рентабельность армированных и неармированных изделий. У последних (стеновых блоков, теплоизоляционных и перегородочных плит) она в 2...3 раза меньше. Высокая концентрация производства, оправдывающаяся в территориально небольших странах, в России вызывает до-

полнительное удорожание продукции за счет ее дальних перевозок. Переход на монолитное и малоэтажное строительство при повышенных требованиях к теплозащите зданий требует расширения выпуска и снижения стоимости мелкоштучных ячеистобетонных блоков и перегородочных плит, способствующих выполнению федеральных целевых программ "Жилище" и "Свой дом". Представляется целесообразной в связи с этим технологическая диверсификация производства ячеистого бетона на современной научно-технической основе, т.е. параллельное с автоклавным развитие неавтоклавного производства стеновых блоков и перегородочных плит не только путем строительства специальных предприятий, но и реконструкции действующих в случае выхода из строя автоклавов и котслен.

Многолетние исследования и разработки, проведенные в МИСИ-МГСУ Г.П.Сахаровым, А.В.Волженским, Ю.Д.Чистовым, Ю.П.Горловым и А.П.Меркиным; НИИЖБе - Р.Л.Серых, А.Т.Барановым, Т.А.Ухо-вой, А.М.Крохиным, А.П.Акимовой, К.П.Муромским, Б.П.Филлиповым и др.; в УралНИАСцентре - Е.С.Силаенковым с сотрудниками, а также в других НИИ и вузах России и СНГ и производственный опыт их освоения, создают необходимые предпосылки для такой диверсификации. Достигнутые ранее показатели неавтоклавного пено- и газобетона, пено- и газозолошлакобетона не отвечают современным требованиям. Последние имеют, как правило, повышенную среднюю плотность, 900... 1200 кг/м3, при прочности 3,5...7,5 МПа, высокую технологическую влажность, до 30%, и усадку - 2,5...3 мм/м и более, недостаточную однородность свойств. Крупноразмерные блоки и панели стен и покрытий недостаточно трещиностойки.

Более высокими качественными показателями, изученностью свойств и долговечностью, обладает вибровспученный неавтоклавный газобетон на цементе, грубомолотом песке и низких В/Т, получаемый по технологии, разработанной на кафедре строительных материалов МИ-СИ-МГСУ. При одинаковой средней плотности он имеет тот же класс прочности, что и автоклавный, аналогичную полную усадку, в 2 раза меньшую технологическую влажность и в 1,5 раза меньшую ползучесть.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, 2, перспективными значениями средней плотности ячеистого бетона для наружных стен зданий являются: 700...600 кг/м3 - для первого этапа энергосбережения и 600...500 кг/м3 - для второго. При достаточно большой тепловой инерции, особенно для второго этапа, однослойные наружные стены жилдо-

мов и общественных зданий из ячеистого бетона средней плотности ниже 500 кг/м3, как видно из табл.2, перестают удовлетворять требованиям звукоизоляции, индекс которой для городских условий должен быть не менее 50 дБ.

Таблица 2

Эксплуатационные характеристики наружных стен жилдомов

из ячеистого бетона для Москвы к Московской области

№ Средняя плотность ячеистого бетона, кг/м5 Теплопроводность, Яа, Вт/м°С Толщина стены, S, м Термичес кое coup отивле ние стены, Rk, ыг °С/Вт Коэф-т теплоус-воения при периоде 24ч, S, Вт/ м2 °С Тепловая инерция стены, D Масса 1м2 стены, кг/ м2 Индекс изоляции воздуши ого шума, Jj, дБ

1 700 0,275 (0,24) 0,51 0,86 1,85 3,16 4,14 7,66 13,08 357 602 55 60

2 600 0,22 0,38 0,69 1.74 3,14 3,36 5,85 10,55 228 414 52 58

3 500 0,18 0,31 0,57 1.72 3,16 2,78 4,79 8,78 155 285 46 54

4 400 0,14 0,24 0,44 1.71 3,16 2,19 3,75 6,92 96 176 44 47

5 300 0,11 0,19 0,35 1.73 3,16 1,68 2,90 5,31 57 105 35 39

Примечание. Над чертой значения для первого этапа снижения энергопотребления зданий; под чертой - для второго. В круглых скобках - теплопроводность неавтоклавного ячеистого бетона.

При более высоком допустимом уровне звука в помещениях (торговые залы магазинов, кафе, рестораны, вокзалы и др.), а также сельских районах вдали от шумных дорог, требуемый уровень звукоизоляции воздушного шума ограждающими конструкциями может быть обеспечен и при меньшей плотности ячеистого бетона <500 кг/м3. Однако прочность его оказывается недостаточной для наружных стен и покрытий. Мировая практика знает немного примеров изготовления ячеистого бетона со средней плотностью меньше 500 кг/м3 и прочностью 2.5...3 МПа. Например фирмы Hebel (ФРГ), Itong и Siporex (Швеция), Calsilox (Франция), выпускают мелкие стеновые блоки и кровельные плиты из ячеистого бетона средней плотности 400...450 кг/м3 и даже 300...350 кг/м3 при прочности до 3 МПа. Производство их не

является массовым и обходится дорого, так как требует чистого обогащенного сырья, введения специальных упрочняющих дефицитных добавок, автоклавной обработки, технологических средств контроля и инженерной подготовки. Поэтому суммарные затраты на их производство оказываются не меньше стоимости неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 600...500 кг/м3, располагающего к тому же неограниченной сырьевой базой, более простой и доступной технологией. Этим, а также требованиями звукоизоляции, целесообразно за нижний предел средней плотности конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного ячеистого бетона, используемого в наружных стенах, принять 500 кг/м3. Он обеспечивает также высокую энергоэффективность ограждений на первом и втором этапах потребления энергии зданиями.

В диссертации изложены предпосылки изготовления высококачественных и высокорентабельных неармированных и слабоар-мированных изделий из неавтоклавного ячеистого бетона путем выделения их в самостоятельное технически оснащенное производство средней мощности, 35...40 тыс.м3 в год, со сроками окупаемости 1,5...2 года, обеспечивающими льготное инвестирование, расширение производства и насыщение рынка конкурентоспособной продукцией.

Разработаны и сформулированы требования к структуре, свойствам и технологии неавтоклавного ячеистого бетона, а также изделиям на его основе. Основными из них являются: совместный помол цемента (порошка) и песка до пониженной удельной поверхности смеси, около 300 м2/кг; многокомпонентный состав ячеистого бетона с функционально ограниченным содержанием компонентов; предельная гомогенизация смеси при перемешивании и минимальных В/Т; расчетное определение заданной прочности ячеистого бетона по прочности плотного раствора; регулирование температуры и влажности среды в тепловой камере при твердении массивов ячеистого бетона; прецизионная разрезка массива на мелкие блоки и плиты с последующей их шлифовкой, калибровкой и упаковкой в полиэтиленовую пленку. В соответствии с этими требованиями разработана конвейерная схема неавтоклавного

производства мелких стеновых блоков и перегородочных плит из ячеистого бетона, положенная в основу задания на проектирование их показательного производства.

При реализации требований и разработке технологического регламента в работе использовали следующие сырьевые материалы:

- портландцемент рядового состава марки 400 Старооскольского цементного завода;

- белый цемент марки 400 Щуровского цемзавода рядового состава;

- известь комовая негашеная Ленинского горнохимического комбината Тульской области, активностью 74%. Известь размалывали до удельной поверхности 520 м2/кг;

- песок Марьинского месторождения Тульской области, кварцевый с примесями полевых шпатов каолинита, карбонатов, гетага и др. в допустимых пределах;

- гипс полуводный согласно ГОСТ 125 и 23789; электролиты - NaCl, СаС12, CuCh, CUSO4; алюминиевая пудра ПЛП-1 по ГОСТу 5491.

Подробная характеристика этих материалов приведена в диссертации. Дисперсность и грансостав цементнопесчаных смесей и песка определяли на рентгеновском седиментографе "SEDIGRAF 5000 ET" фирмы "MICROMERITICS" USA; элементнохимический и морфологический анализы изучали на электронном микроскопе САМЕВАХ (Фр.) с микроанализатором LINK 860 (Англ.) и растровом микроскопе CAMSKAN (Англ.). Рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы (РФА) и СДТА) - на дифрактометре IDX-10PA фирмы JEOL (Япония) и дериватографе ОД-103 фирмы MOM (Венгрия). Степень гидратации цемента определяли по потере массы при прокалывании проб при 600°С на дериватографе и дифрактометре по изменению дифракционного пика d=0,177 нм минерала клинкера - C3S в процессе гидратации цемента.

Совместный помол цемента (порошка) с немолотым песком и ограничение дисперсности молотой смеси в среднем 300 м2/кг, обусловлены, с одной стороны требованиями повышения прочности, снижения влажности, усадки и ползучести ячеистого бетона, а с другой - непревышением рационального предела измельчения цемента - 450...500 м2/кг, обеспечивающего длительную прочность и долговечность бетона в эксплуатационный период. Кроме того, дисперсность песка в такой смеси соответ-

ствуст рекомендуемой, 100... 150 м2/кг для средних плотностей ячеистого бетона 700...500 кг/м3.

Рациональность такой дисперсности смеси подтверждена в работе сравнительным анализом прочности плотных образцов, изготовленных из молотых смесей разной дисперсности, а также рентгенофазовым анализом продуктов твердения в разные сроки. Требуемую прочность раствора для получения заданного класса прочности ячеистого бетона средней плотности 700 и 600 кг/м3 определяли по формуле, полученной в работе:

+(2,1-1,4-В/Т),

В(м). (1-1,64.^^.)

где В(х), В(м) - заданный и нормативный классы прочности ячеистого бетона, соответствующие заданной средней плотности, МПа;

, V - нормативный и фактический коэффициенты вариации прочности ячеистого бетона.

Изготовленные образцы разных составов и В/"]-0,3...0,35 , размерами 4x4x16 см, после пропаривания при 80...90°С и последующего нормального твердения в течение 3,14 и 28 суток испытывали на изгиб и сжатие. Дисперсность смесей совместного помола в опытах составляла 485 и 298 м2/кг; раздельного - 247 м2/кг; цемента и песка в них соответственно - 640 и 330 м2/кг; 444 и 152 м2/кг; 343 и 148 м2/кг.

Во всех случаях прочность образцов из смесей совместного помола цемента и песка оказывается выше, чем раздельного и незначительно различается при разной их дисперсности. Это подтверждается схожим характером распределения массы, поверхности и числа частиц смеси по размерам частил и сдвижкой соответствующих максимумов распределения частиц песка в сторону мелких или крупных частиц в зависимости от дисперсности песка. Электр о н о - м икр о скопич е ски й анализ обнаружил морфологические различия частиц смеси и отмытого от них песка. Достаточно однообразные и одномерные в тонкомолотой смеси (485 м2/кг), частицы песка в грубомолотой смеси (298 м2/кг) имеют остроугольную, колотую форму. Обнажение свежих незагрязненных поверхностей и частичная аморфизация поверхностных слоев песка при помоле усиливает его сцепление с цементным камнем и повышает прочность раствора. Рентгенограммы пропаренных

и нормально твердевших образцов в разном возрасте схожи и отражают эволюционный процесс уменьшения негидратированных минералов цемента (<1=2,77...2,73-10-|0м) и накопления гидратных соединений - эттрин-гита, С8Н(В), СгйНг, гидроалюминатов С4АН13, СзАНб и др. Более сложный многокомпонентный состав раствора, принятый в работе за оптимальный, отличается повышенной интенсивностью дифракционных линий этих соединений и очевидно более сложных с сульфатами, хлоридами, карбонатами, уплотняющих структуру и повышающих прочность цементного камня. Степень гидратации цемента, определенная по изменению интенсивности линии СзЯ ((1=0,177 нм), отражает закономерности гидратации цемента разной дисперсности. К 28 суткам наблюдающиеся различия сглаживаются и в дальнейшем не возникают.

Таблица 3

Расчетная и фактическая прочности исходного раствора и неавтоклавного ячеистого бетона на его основе

Классы прочности ячеистого бетона

(МПа) при средней плотности (кг/м3)

№ Наименования показателей 600 700

В2 В2,5 В2,5 В3,5

1. Прочность исходного раствора для

изготовления ячеистого бетона:

- расчетная при Уи=0,18 , МПа 40,74 51,0 44,87 62,82

- то же при У1*=0,10 , МПа 34,28 43,0 37,84 52,95

- фактическая после пропаривания 34,3 34,3 34,3 34,3

- то же через 28 дней после пропари- 45,7 45,7 45,7 45,7

вания

2. Расчетная средняя прочность ячеис-

того бетона при Уй=0,18 , МПа 2,8 3,55 3,55 4,97

- то же при 4^=0,10 , МПа 2,4 3,0 3,0 4.20

3. Фактическая средняя прочность не-

автоклавного ячеистого бетона при

Ул=0,1...0,12:

- после пропаривания, МПа 2Д1 2,52 3,13

- через 28 дней после пропаривания,

МПа 2,81' 3,22 4,6

- через 28 дней нормального тверде-

ния, МПа 2,78' 3,6* 4,2

Примечание:

1 - на белом цементе и тонкомолотой смеси 8уд.см= 471 м2/кг;

2 - то же на грубодисперсной смеси, Буд.см^ 285 м2/кг.

Данныс, приведенные в табл.3, подтверждают тесную связь прочности плотного раствора с прочностью ячеистого бетона на его основе. После пропаривания последняя соответствует нормативной для неавтоклавного ячеистого бетона, а через 28 дней последующего твердения увеличивается до значения следующего класса, характерного для автоклавного ячеистого бетона.

В диссертации приведены результаты определения технологических параметров приготовления и вспучивания смеси; режимов предварительной выдержки и прикатки горбушки отформованных массивов, их разрезки и тепловой обработки. Установлены продолжительность перемешивания и вспучивания, предварительной выдержки ячеистого бетона перед прикаткой горбушки и разрезкой массива, а также критерии проведения этих операций (величина пластической прочности ячеистого бетона, отсутствие налипания при прикатке горбушки и слипания блоков при разрезке массива; качество поверхностей резания и др.) и режим теп-ловлажностной обработки разрезанного массива при разной влажности и температуре греющей среды путем моделирования процесса.

Найденные значения технологических параметров использованы при разработке задания на проектирование конвейерного производства стеновых блоков.

Из разрезанного массива ячеистого бетона после окончания тепловой обработки периодически, через 1,2, 3, 7, 14 и 28 суток, отбирали и испытывали образцы-кубы с ребром 0,1 м по 3 шт. в каждый срок. Дополнительно испытывали образцы через 6 мес. и один год. Динамика изменения прочности ячеистого бетона в связи со степенью гидратации цемента в эти сроки представлена в табл.4.

Таблица 4

Физико-механические свойства неавтоклавного ячеистого бетона в раз-

ные сроки твердения в нормальных условиях после пропаривания

Сроки испытания после пропаривания, сутки Средняя плотность ячеистого бетона, кг/м5 Влажность ячеистого бетона при испытании, % Предел нроч-ноеп1,привсден-ной к марке при \У=10%, МПа Степень гидратации цемента, %

1 699 26,4 3,12 63

2 688 20,0 3,28 67

3 704 20,0 3,40 70

7 700 19,0 3,60 74

14 709 ' - 18,0 4,10 77

28 718 17,0 4,40 79,8

180 712 11,6 5,00 8,6

365 718 12,0 5,51 90

Рентгенограммы проб испытанных образцов характеризуются уменьшением интенсивности линий минералов цементного клинкера с1=(2,79...2,74; 1,768...1,764)-Ю-10, и увеличением линий портландита ё=(4,93; 2,63, 1,8...1,799>10-10, сввдетельствующим об углублении процессов гидролиза и гидратации цемента во времени. Фиксируются интенсивные линии эттрингита, гидроалюминатов СгАШ и СзАНб и комплексных хлорсодержащих солей, которые после 28 суток переходят в соединения переменного состава. Резко возрастает, особенно в отдаленные сроки, содержание кальцита, с3=(3,04; 3,85; 2,28; 1,88) -10-1Омг, и гидросиликатов кальция типа СБН(В) и С28Н2, с!=(10...12,5; 3,07; 2,79; 1,82) •10-|Ом, заметно повышающим фон. Накопление в структуре цементного камня тонковолокнистых гидросиликатов кальция, эттрингита, тонкодисперсного вторичного кальцита и комплексных хлор- и карбонатсо-держащих солей, уплотняет и упрочняет цементный камень и ячеистый бетон в целом.

Дериватограммы образцов и определенная на их основе степень гидратации цемента в разные сроки, подтверждают содержание в цементном камне указанных соединений и связанную с ними кинетику упрочнения ячеистого бетона во времени.

Для характеристики строительно-эксплуатационных свойств неавтоклавного ячеистого бетона важное значение имеют равновесная сорб-ционная влажность и связанная с нею теплопроводность. В работе проведены соответствующие исследования. До значения относительной влажности воздуха комнатной температуры, <р=75%, сорбционная влажность автоклавного и неавтоклавного ячеистого бетона в возрасте 28 суток, как видно из данных табл.5, невелика и примерно одинакова, а при ср=97% резко возрастает, причем в большей мере у автоклавного ячеистого бетона. Еще большее различие между ними наблюдается после длительного пребывания в атмосферных условиях.

Эти различия обусловлены меньшими объемом и удельной поверхностью микропор неавтоклавного ячеистого бетона. Кроме того, микропоры автоклавного ячеистого бетона имеют двумодальное распределение, сдвинутое в сторону мелких пор 0,16...2,4 мкм, а неавтоклавного -одномодальное с размером моды - 16...24 мкм.

Таблица 5.

Сорбционная влажность автоклавного и неавтоклавного ячеистого бетона разного возраста

№ Вид ячеистого Средняя Сорбционная влажность, % по

п/п бетона плотнос- массе при относительной

ть, влажности воздуха, %

кг/м3 33,5 54,5 75 97

1. Автоклавный 700 2,0 Зд5 М 19,5

2,11 2,71 3,58 11,2

2. Неавтоклавный:

- на белом цементе 620 17 Ш 12,3

700 12 Ы. 6Л. 15.1

- на обычном сером це- 620 12 М 5^6 15.3

менте 680 ТА 3^8 5^5 15,7

1,4 1,82 2,43 7,1

Примечание: Над чертой - сорбционная влажность ячеистого бетона в

возрасте 28 дней; под чертой - после 10 лет нахождения в атмосферных условиях.

При выборе теплотехнических показателей по СНиП 11-3-79'" влажностное состояние материалов в наружных ограждениях оценивается весьма приблизительно. Его объективное значение соответствует средней равновесной влажности, устанавливающейся в ограждениях за продолжительный период их эксплуатации. В ограждениях из ячеистого бетона, особенно на песке, она, как показывают многочисленные наблюдения, не превышает 8-и процентов. Поэтому нормативные теплотехнические показатели для ячеистого бетона, по указанному СНиП, всегда следует принимать по условию А с поправкой на действительное влажностное состояние материала в ограждении. Толщина наружных стен по сравнению с рассчитанной по условию Б (табл.1), уменьшается при этом на 12,7% - из автоклавного ячеистого бетона и на 23% - из неавтоклавного (табл.2). Такое различие объясняется не только меньшей расчетной влажностью ячеистого бетона, но и меньшей закристаллизованностью продуктов гидратации не автоклавного ячеистого бетона по сравнению с автоклавным, что хорошо видно на фотографиях, приведенных в диссертации. Теплопроводность неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 700 кг/м3 определенна в работе экспериментально.

Дополнительное снижение сорбционной влажности и теплопроводности неавтоклавного ячеистого бетона может быть достигнуто объ-

емной или поверхностной гидрофобизацией кремнийорганическими жидкостями 136-323 (1,2) или ПОК-94 (136-41).

Таким образом, неавтоклавный ячеистый бетон, при организации его производства на современной научно-технической основе, может обеспечить высокую энергоматериальную эффективность, качество и долговечность наружных ограждений нового поколения.

Автором предприняты практические меры к созданию показательного производства стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 600...700 кг/м3 классов В 2,5; В 3,5 мощностью 35,64 тыс.м3 в год. Разработано техническое задание на проектирование соответствующего технологического комплекса и отведен земельный участок под строительство. В настоящее время полностью закончены проектные работы, составлены необходимые сметы и спецификации, изготовлено и доставлено на комплектующие базы все технологическое оборудование. Начато освоение отведенной площадки. Возведен каркас цеха.

Сделан подробный расчет экономической эффективности неавтоклавного производства стеновых блоков из ячеистого бетона, в том числе по сравнению с автоклавным. Он показывает: полная себестоимость стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона на 37% меньше, чем из автоклавного; в 2 раза сокращаются затраты тепловой энергии на технологические цели; на 14% - на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые и общезаводские расходы; в 2 раза возрастает фондоотдача; в 2,5...3,5 раза - рентабельность; во столько же раз уменьшаются сроки окупаемости капвложений.

Стоимость в деле наружных стен эквивалентного теплосопротив-ления из ячеистого бетона в 1,2... 1,25 раза меньше слоистых из кирпича или керамзитобегона, утепленных пенополи стиролом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Однослойные ограждающие конструкции из ячеистого бетона по всем показателям не уступают, а по простоте, надежности, пожарной безопасности и санитарно-гигиеническим условиям ограждаемых помещений, превосходят слоистые конструкции с эффективным утеплителем.

2. Нижним пределом средней плотности ячеистого бетона в наружных стенах жилых и социально-бытовых зданий в городах и других населенных пунктах является 500 кг/м3, ниже которого, при наличии по-

стоянных источников воздушного шума от транспортных потоков, требуемый уровень звукоизоляции ограждений не гарантируется.

3.Для более эффективной реализации благоприятных строительно-эксплуатационных свойств ячеистого бетона необходима технологическая диверсификация производства, в первую очередь стеновых материалов, на современной научно-технической основе. Она расширит производственную базу в регионах РФ, устранит дорогостоящие дальние перевозки, снизит производственные издержки, стоимость строительства и энергопотребление зданий.

4. Достижение высоких качественных показателей неавтоклавного ячеистого бетона обеспечивается: многокомпонентным составом, совместным помолом цемента и песка до их разной удельной поверхности в смеси; предельно низкими значениями В/Т и максимальной степенью гомогенизации смеси при пониженной температуре, обеспечивающими оптимальные условия вспучивания и структурообразова-ния; введением в состав бетонной смеси органо-минеральных добавок полифункционального назначения; регулированием усадки ячеистого бетона, влажности и температуры среды в щелевой камере в процессе твердения изделий.

5. Прочность неавтоклавного ячеистого бетона оптимального состава в проектном возрасте достигает уровня прочности автоклавного отечественного производства при равной средней плотности и влажности. Микро-макро структура и свойства его при дальнейшем твердении улучшаются: повышается прочность, снижается пористость, сорбци-онная влажность, теплопроводность, воздухопроницаемость, усадка и ползучесть. Эти изменения следует учесть при разработке нормативной базы неавтоклавного ячеистого бетона.

6. Нормативные теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций, выбираемые для условий эксплуатации А или Б по СНиП Н-3-79* , не отражают действительных влажностных свойств материалов в ограждениях. Для среднего равновесного их влагосо-держания (в установившийся период эксплуатации), не превышающего максимального сорбционного, теплотехнические показатели следует принимать по графе А с поправкой на действительное влаго-содержание, которое у неавтоклавного ячеистого бетона на 25...30% меньше, чем у автоклавного, что вызывает дополнительное снижение теплопроводности ячеистого бетона. Эти обстоятельства ставят неав-

токлавный ячеистый бетон в деле в один ряд с самыми эффективными слоистыми ограждениями.

7. Разработано техническое задание и проектная документация на показательное производство стеновых блоков и перегородочных плит из неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 600 и 700 кг/м3; мощностью 35,64 тыс. м3 в год, рассчитанное на выпуск шлифованных, калиброванных и упакованных в полиэтиленовую пленку качественных стеновых блоков и плит.

8. Неавтоклавное производство стеновых блоков ячеистого бетона по всем показателям эффективнее автоклавного: расходы тепловой и электрической энергии на технологические цели уменьшаются в два раза; суммарные расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые и общезаводские расходы - в 1,5 раза; полная себестоимость продукции - в 1,6 раза; фондоотдача и рентабельность повышаются соответственно в 2 и 3,5 раза; сроки окупаемости капвложений уменьшаются в 2,5...3,5раза. Сметная стоимость наружных стен из неавтоклавного ячеистого бетона в 1,2...1,25 раза меньше стоимости слоистых из кирпича и керамзитобетона, утепленных пенополистиролом.

- Предприняты практические меры по реализации проекта в натуре. Изготовлено и получено все технологическое оборудование. Начато освоение отведенной площадки под строительство технологического комплекса.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих 5-и

работах:

1. Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Высококачественные стеновые блоки из неавтоклавного газобетона для индивидуального строительства // Бетон и железобетон,- 1993, №12.- с.3-5.

2. Сахаров Г.П., Варданян Г.С., Галонен О.Ю., Стрельбицкий В.П. Экологически чистая технология и ячеистый бетон на ее основе II Сб. науч. трудов "Экологическое строительство и образование", М.: МГСУ, 1994.- с.57-58.

3.Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Технология и потенциальные свойства ячеистых бетонов разных видов /У Бетон и железобетон,-1994, №3,- с.5-7.

4. Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Об оценке теплозащитных свойств ограждающих конструкций // Жилищное строительство.- 1996, №5.-с.19-21.

5. Ресин В.П., Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. О проблемах энергоэффективности ограждающих конструкций зданий II Промышленное и гражданское строительство.- 1996, №5.- с.2-4.