автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Производство наружных монолитных стен с улучшенными эксплуатационными характеристиками из шлакопемзобетона с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки (г. Череповец)

На правах рукописи

3 и №

СТОЛЯРОВА Ирина Васильевна

ПРОИЗВОДСТВО НАРУЖНЫХ МОНОЛИТНЫХ СТЕН

С УЛУЧШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗ ШЛАКОПЕМЗОБЕТОНА С КОМПЛЕКСНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОДУКТОВ ШЛАКОПЕРЕРАБОТКИ

(Г. ЧЕРЕПОВЕЦ)

Специальности: 05.23.08 - технология и организация промышленного

и гражданского строительства; 05.23.05 - строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва -1997

Работа выполнена в Череповецком государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.С. Грызлов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор И.Ф. Руденко; кандидат технических наук, А.Н. Спивак

Ведущая организация - АО "Череповецгражданстрой"

Защита состоится " 1998 г. в /^^часов на заседании

диссертационного совета К.033.1401 в Центральном научно-исследовательском и проектном институте индивидуального и экспериментального проектирования жилища (ЦНИИЭП жилища) по адресу: 127434, Москва, Дмитровское шоссе, д. 9, корп. "Б".

С диссертацией можно ознакомиться в методфонде ЦНИИЭП жилища.

Автореферат разослан "_"_ 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, с.н.с

Т.К. Данилина

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Задачи, поставленные перед строителями по повышению эффективности, качества жилищного строительства, экономии топливно-энергетических ресурсов в районах развитой металлургической промышленности решаются за счёт применения бетонов на основе продуктов шлакопереработки, в частности шлакопемзобетона. По сравнению с самым распространённым видом искусственного пористого заполнителя - керамзитом, шлаковая пемза имеет лучшие технико-экономические показатели её производства.

Многолетняя практика применения бетонов на шлаковых заполнителях для крупнопанельного домостроения не решила проблемы их технологичности для монолитного строительства. Это относится, в первую очередь, к конструкциям монолитных наружных стен из лёгкого бетона, которые в ряде случаев обнаруживают недостаточное обеспечение требуемых уровней и однородности показателей ограждающих свойств, что приводит к ухудшению условий проживания, перерасходу топливно-энергетических затрат на отопление и повышенным расходам средств на частые ремонты при эксплуатации зданий.

В связи с вышеизложенным комплексное решение вопросов повышения эксплуатационных свойств ограждающих конструкций монолитных жилых зданий, отработка технологии производства, транспортирование и укладка шлакопемзобетона (НИШ) являются актуальной задачей.

Цель работы - научное обоснование рациональных технологических параметров возведения монолитных ограждающих стен из шлакопемзобетона, обеспечивающих в них оптимальное сочетание эксплуатационных свойств.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:

- экспериментально-теоретическое обоснование технологии шлакопемзобетона для монолитных наружных стен, характеризующихся улучшенными физико-механическими характеристиками;

- разработка технологии возведения монолитных ограждающих стен го шлакопемзобетона;

- исследование прочностных и деформативных характеристик шлакопемзобетона при кратковременном и длительном действии нагрузки;

- экспериментальное изучение теплофизических характеристик шлакопемзобетона;

- натурные испытания влажности, теплопроводности монолитных наружных стен, проверка основных положений по улучшению эксплуатационных характеристик шлакопемзобетона.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

- производство наружных монолитных стен с улучшенными эксплуатационными характеристиками из шлакопемзобегона с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки до 70%, оптимизации приготовления бетонной смеси, транспортировки и способов укладки шлакопемзобегона в конструкцию;

- подборы состава шлакопемзобегона с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки определяются уравнениями регрессии на прочность, плотность, подвижность. Составы шлакопемзобегона класса В 12.5; В15 для г. Череповца, улучшенные эксплуатационные свойства: теплопроводности на 14%, морозостойкости на 11%, водопроницаемости на 12%, что обеспечивает снижение проектной прочности бетона на 12-15%;

- технологические режимы производства шлакопемзобегона, включающие изменение последовательности загрузки компонентов бетонной смеси за счёт введения расхода воды, транспортирования бетонной смеси на расстояние 3-15 км автобетоносмесителем, на 2-3 км автосамосвалом с О.К.=12-14 см; укладку бетонной смеси методом "кран-бадья"; уплотнение бетонной смеси вибробулавой послойно;

- параметры ползучести и усадки шлакопемзобегона при положительной и отрицательной t°C £у- 0,469-10*5 при г = 53 сут, предложения применения одного класса бетона для монолитных стен, снижения толщины наружной стены до 410 мм (на 25%), введение показателя критической прочности бетона для сроков распалубливания конструкций, RKp = 50% от

К-проектной* Т" — 1 СуТ.

Научную новизну работы определяют совершенствование структуры и свойств ШПБ, позволившие за счёт совместного содержания продуктов шлакопереработки повысить технологические параметры шлакопемзобегона, применение тонкомолотой добавки и комплексной химической добавки повышают физико-механические свойства шлакопемзобегона. Впервые научно-обоснованные понятия о критической прочности шлакопемзобегона, выявление характеристик усадки и ползучести при отрицательной температуре позволяют получить технологические режимы укладки ШПБ и способы повышения качества наружных стен монолитных домов.

Практическое значение работы состоит в подтверждении возможности применения шлакопемзобегона с улучшенными эксплуатационными свойствами за счёт применения продуктов шлакопереработки в монолитном строительстве; в снижении материалоёмкости проектируемых конструкций за счёт применения полученных оптимальных структур ШПБ, позволивших снизить толщину наружных монолитных стен; в снижении энергозатрат на 20-23%

за счёт предложенных технологических режимов приготовления, транспортирования, укладки шлакопемзобетона.

Достоверность полученных результатов отражена в рекомендациях по повышению эксплуатационных свойств 1111Ш в монолитном строительстве за счёт проектирования структур конструкционно-теплоизоля-ционного ШПБ, отработки технологии производства, транспортирования и укладки ШПБ в условиях производства, которые использовались АО "Череповецграждан-строй" при строительстве одноэтажных зданий усадебного типа и пяти 16-этажных монолитных домов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технической конференции Череповецкого индустриального института (г. Череповец, 1988, 1989, 1993, 1994 гг.); научно-техническом совете ЦНИИПИ Монолит (г. Москва, 1989, 1992, 1994 гг.); на Всесоюзном семинаре "Монолитное домостроение. Индустриализация, технологичность, перспективы развития" (г. Пятигорск, 1990 г.).

Публикации. По материалам работы опубликованы четыре печатные работы.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, примечаний. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 35 таблиц, библиографию из 137 названий работ отечественных и зарубежных авторов.

В первой главе приведён анализ опыта строительства монолитных жилых домов с однослойными наружными стенами из лёгких бетонов. Рассмотрено применение продуктов шлакопереработки в качестве заполнителей лёгкого бетона.

Шлакопемзобетон при повышенной плотности по сравнению с другими видами лёгкого бетона обладает относительно малой теплопроводностью, что обусловило его применение для наружных ограждающих конструкций. Наиболее широко и эффективно применяется ШПБ на строительных предприятиях г. Череповца, Донецка, Липецка.

Следует отметить, что большинство исследований по конструкционно-теплоизоляционному ШПБ направлены на достижение эффективных результатов по прочности и деформативности. В связи с этим как в отечественных, так и в зарубежных исследованиях сравнительно мало данных по получению конструкционно-теплоизоляционного ШПБ с высокими теплозащитными свойствами.

Устройство монолитных стен из лёгкого бетона, имеющего небольшую теплопроводность, позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций, а следовательно, снизить при их возведении расход арматуры и бетона. Кроме того, отпадает необходимость устройства паро- и теплоизоляции. Ещё больший эффект может быть получен при применении лёгких бетонов на шлаковых заполнителях. Пористые шлаковые заполнители, учитывая минимальные теплоэнергетические затраты на их производство, стали одними из самых эффективных пористых заполнителей для лёгких бетонов.

Одно их преимуществ лёгкого бетона - возможность регулирования физико-технических характеристик технологическими методами. Это означает, что при данном классе бетона по прочности на сжатие можно достигнуть различных значений показателей средней прочности, прочности на растяжение, деформативности, теплопроводности, водопроницаемости и т.п. В использовании этого преимущества и заключается основная задача технологии лёгкого бетона.

Сложилась определённая тенденция в использовании бетонов на основе продуктов шлакопереработки. Она отражается в двух основных направлениях:

- разработка и применение конструкционно-теплоизоляционных бетонов со средней плотностью не более 1600 кг/и3 для классов В7,5; В12.5; В15 при дальнейшем повышении теплотехнической эффективности конструкций за счёт наиболее полного использования теплоизоляционных резервов шлакопемзобетона;

- разработка и внедрение в производство высокопрочных конструкционных бетонов на шлаковых заполнителях с целью снижения веса и материалоёмкости изделий и конструкций.

Накоплен определённый опыт получения и применения конструкционно-теплои^оляционных бетонов на шлаковых заполнителях в монолитном домостроении. Однако, удельный вес их в отечественном строительстве остаётся невысоким. Одной из причин, сдерживающих развитие строительства из монолитного бетона, является отсутствие эффективного приготовления, транспортировки и укладки легкобетонных смесей.

Указанная проблема может быть решена разработкой технологии возведения монолитных ограждающих конструкций из ШПБ с улучшенными эксплуатационными свойствами за счёт применения новых технологических процессов, использования комплексных добавок.

На основе анализа, проведённого в первой главе диссертации, делается вывод о целесообразности применения конструкционно-теплоизоляционных лёгких бетонов на шлаковых заполнителях (ШПБ) в монолитном домостроении за счёт разработки рациональных структур шлакопемзобетона для наружных монолитных стен, обеспечивающих улучшенные физико-механические и эксплуатационные свойства.

Вторая глава посвящена исследованиям составов ШПБ с улучшенными эксплуатационными свойствами.

В качестве исходных материалов использованы продукты переработки АО "Северсталь": шлаковая пемза (ГОСТ 9760-75), гранулированный шлак (ГОСТ 3476-74), молотый гранулированный шлак, удельная поверхность -2200-3000 см2/ г.

Теоретическое обоснование исходной модели предусматривало определение классификационных признаков формирования структуры бетонов на шлаковых заполнителях. По диаграмме теплотехнической классификации шлакопе.мзобетона рассматривалось целенаправленное структурообразова-нис ШПБ. относящееся к III теоретической зоне с изменением коэффициента теплопроводности от 0,4 до 0.55 Вт/(м-°С), классов В12.5; В15. включающего оптимизацию предельной крупности гранулометрического и фазового состава вяжущего вещества, и заполнителя.

Анализ проводимости бетона, являющийся аналогом его структурно-чувствительных свойств, показал, что в практике проектирования и использования ШПБ имеет возможность регулирования физико-технических характеристик технологическими методами. Это означает, что при данном классе бетона по прочности на сжатие можно достигнуть различных значений показателей средней плотности, деформативности, водонепроницаемости, морозостойкости.

Задача подбора состава ШПБ заключалась в нахождении оптимального количественного и качественного сочетания составляющих, позволившего образовать структуру с заданными характеристиками по прочности, водонепроницаемости, плотности, долговечности, удобноукладываемости. Эти модификации бетона были подвергнуты всестороннему исследованию по установлению соответствия ранее неисследованных характеристик (модуля упругости. морозостойкости, усадки, ползучести) бетона к требованиям наружных стен монолитных домов.

В основу подбора рациональных структур ШПБ положен расчётно-экспсриментальный метод, включающий:

- проектирование исходного гранулометрического состава на базе 3-х видов шлаковых заполнителей;

- исследование и назначение растворной части бетона:

- опытную проверку и установление номинальных структур. При разработке структур варьировали факторами:

М

- структурно-агрегатным, -=0,35-0,45;

' ' М + К

- расходами тонкомолотого граншлака (85-265 кг/м);

- зерновым составом шлаковой пемзы (5-10 мм, 10-20 мм, 5-20 мм);

- расход воды корректировался химическими добавками, не превышая ' 250 л/м3, а подвижность шлакопемзобегонной смеси находилась в пределах 12-18 см.,

На основании проведённого анализа установлены граничные значения технологических факторов рациональных структур для ШПБ классов В 12,5; В15, получены уравнение регрессии для

М , В/Ц.

м+к

ШПБ (5-20 мм), содержание цемента М400

- 300 кг = const

1 Расход ТМД варьировался от 85 до 225 кг/м3 ШПБ;

- на прочность (R), плотность (у ), подвижность (O.K.)

ШПБ (5-20 мм), В/вяж=0,6 -5- 0,9; расход С-3 = (Ц+ТМД)- у%; у=0,4; 0,5; 0,7 при СДО = const = (Ц+ТМД)-0,25%;

- на прочность (R), плотность (у), подвижность (O.K.). ШПБ (5-20 мм), В/вяж = 0,6 4- 0,9; расход СДО = (Ц+ТМД) х%; х = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 при C-3=const=(4+TM/J)-0,55%;

- на прочность (R), плотность (у), подвижность (O.K.). На 1 м3 бетонной смеси варьировались: 1

- расход цемента от 230 до 350 кг;

- ' расход ТМД от 85 до 225. кг;

- расход С-3 от 1,54 до 2,76 кг;

- расход СДО от 0,10 до 1,47 кг.

Графическое решение полученных уравнений регрессии представляет собой традиционное .семейство кривых с ярко выраженным начальным участком подъёма при малых значениях R, у , O.K., величина которых возрастает прямо пропорционально в связи с повышением расхода ТМД, С-3, СДО.

Результаты исследований прочностных характеристик, проводимых в соответствии с ГОСТ 10180-78, показали, что на основе комплексного использования 3-х видов шлаковых заполнителей: шлаковой пемзы, граншлака и ТМД АО "Северсталь" можно получить конструкционно-теплоизоляционный ШПБ классов В12,5; В15 с расходом портландцемента, не превышающим, норм строительных требований для лёгких бетонов.

Модуль упругости ЩПБ на 1045% превышает значения Es для лёгких

бетонов и на 10-19% ниже нормативных значений модуля деформации тяжёлого бетона. Среднестатистический коэффициент поперечной деформации ШПБ равен 0,19-0,23, что соответствует общепринятому значению. Предель-

ная величина объёмных деформаций сжатия ШПБ составляет 5,8-10_4-8,0-10"4.

Рост прочности ШПБ объясняется тем, что при расходе LJ=const=300 кг/м3 возрастающий объём растворной части (добавляется граншлаковый песок и ТМД граншлака) оказывает большое положительное влияние на R. На прочность ШПБ влияет поле внутренних напряжений, проявляющееся при формировании его структуры через трещины в цементном камне, образующиеся вокруг мелкого и крупного заполнителя.

На данном этапе работы одна из основных задач - повышение технологических свойств шлакопемзобетонной смеси, что является важным для монолитного строительства. Это - снижение водопотребности, расслаиваемости и водоотделения бетонной смеси. Уменьшение максимального размера и объёмной концентрации крупного пористого заполнителя, повышение вязкости цементного теста без увеличения расхода цемента достигается путём введения тонкомолотых добавок.

В результате исследований принимаются:

- минимальный расход цемента - 230 кг/м3;

- расход молотого граншлака - 75 кг/м3;

- расход воды - 200 л/м3 (табл. 1).

Снижение расхода воды в составе бетонной смеси способствует уменьшению усадочных деформаций бетона. В монолитном домостроении от усадки бетона во внутренних стенах образуются трещины, которые снижают статическую надёжность конструкций. Поэтому при. разработке составов монолитных бетонов целесообразно снижать расход воды с сохранением требуемой подвижности бетонной смеси и выходных значений физико-механических характеристик. i

При рассмотрении влияния различных эксплуатационных факторов особый интерес для наружных стен монолитных зданий представляет формирование влажностных параметров, которое включает два этапа: технологический и эксплуатационный.

Технологический этап непосредственно связан с процессами приготовления, укладки и первоначального твердения бетонной смеси.

Эксплуатационный этап кинетики влагорегулирования связан с гидроско-пическим и гигроскопическим (Состояниями бетона. Для наружных стен стабилизация влажностного состояния наступает после того, как завершится основная часть процесса естественной сушки, связанная с испарением избыточного количества начальной технологической влаги.

Исследования по кинетике сушки ШПБ образцов, находящихся с возраста 1 сут в течение 3-х месяцев в воздушно-сухих (односторонних), нормальных и водных условиях, показали применение ШПБ в монолитном строительстве.

Таблица 1

Составы конструкционно-теплоизоляционного Ш11Б классов В12,5; В15 для монолитных жилых домов с применением тонкомолотой добавки ТМД из граншлака (полученные в лабораторных условиях)

п/п Класс бетона по прочности Структурно-агре--гэт-ный фактор Осадка конуса O.K., см 5-20 мм/кг 10-20 мм/кг 5-10 мм?кг Шла-копем-зовый песок 0-5, мм/кг Гран-шлаковый песок 0-5, мм/кг Портланд 400, 500, кг кг ТМД. кг -с-з. (сухой), кг ~ сдо (сухой), кг Вода, _кг в/ц В/в Плотность бетона (сухого] кг Прочность при сжатии ~ Ra, МПа Набор прочности во времени R1 R3 R7 R" R" "

1 12,5 0,45 19 500 370 290 200 - 630 540 - 160 1,8 0,21 240 0,8 0,5 1610 12,1 2,4 4,2 6,0 10,3 15,7

2 12,5 0,45 17 - 620 425 360 260 - 520 425 250 2,04 0,246 240 0,8 0,5 1690 14.1 2,8 4,9 7,0 11,9 18,3

3 12,5 - 15 - - 490 470 - 145 ' 1.5 0,5 270 0,7 0,5 1730 14,9 2.9 5,2 7,4 12.7 19,4

4 12,5. - 20 - ' - - 420 420 - 185 2,76 1,47 230 0,6 0,4 1670" 14,8 2,9 5,2 7,4 12.6 19,3

5 12,5 - 3 - - - 540 515 - 115 1,93 0,9 270 0,8 0,6 1650 13,2 2,6 5,6 6,6 11,2 17,1

б 12,5 -- 14 - - - 425 410 190- 2,28 1.36 250 0,7 0,5 1705 14,3 2,8 5,0 7,1 12,1 ■18,6-

7 12.5 0,45 17 - 500 365 295 215 - 650 530 - 85 1,86 0,217 250 0,7 0,6 1600 15,1 3,0 5,3 7,5 12,8 19,6

8 12,5 0,35 13 - 605 445 350 270 - 515 455 - 155 2.0 0,15 260 0.8 0,5 1675 12.0 2,4 4,2 6,0 10,2 15,6

9 15 0,40 6 - 550 400 310 230 280 280 290 250 - 150 1,69 0,2 245 0,9 0,5 1605 20,1 4,0 7,0 10 17,0 26,1

10 15 0,35 12 - 620 450 360 280 - 530 465 - 155 1,73 0,21 240 0,9 0,6 1650 15.3 3.0 5,3 7,6 13,0 19,8

11 15 0,35 13 - 590 430 340 265 - 500 450 - 155 2,0 0,16 240 0,6 0,5 1725 15,4 3,1 5,4 7.5 13.1 19,7

12 15 0,45 21 - 550 385 310 215 - 685 560 - 225 1,17 0,1 250 0,9 0,5 1715 25,6 5,1 8,9 12,8 21,7 33,3

13 15 0,40 16 - 520 410 290 225 - 535 450 - 150 1,97 0,23 225 0,7 0,5 1600 15,1 3,0 5,2 7,6 12,8 19,6

Получены уравнения регрессии, отражающие изменение влагосодержания во времени.

Водопоглощение ШПБ, определяемое в соответствии с ГОСТ 12730.3-78 составило по весу 10-14%.

Сорбционная влажность ШПБ составила 5-6% по массе. В нормальных условиях относительной влажности, близкой к 100%, равновесное состояние ШПБ наступает через 5-6 месяцев.

Третья глава посвящена исследованию технологических параметров монолитного шлакопемзобетона. При применении ШПБ в монолитном строительстве важным технологическим фактором является подвижность бетонной смеси, её способность сохраняться при транспортировании. На основании проведённых исследований обеспечение хороших реологических свойств шлакопемзобетонной смеси можно достигнуть за счёт введения в смесь ТМД (гранулированный шлак) и комплексных химических добавок С-3 и СДО (рис. 1).

тын

Рис. 1. Изменение подвижности лекгобетонной смеси (O.K.) от продолжительности транспортировки, мин: I - шлакопемзобетонная смесь, транспортированная' автосмесителем на объект, 2 - шлакопемзобетонная смесь, транспортированная на объект автосамосвалом; 3 - керамзитобетонная смесь, транспортированная на объект автосамосвалом.

I I ' '

Была определена очерёдность загрузки материалов при приготовлении шлакопемзобетонной смеси с уточнением оптимального расхода заполнителей:

- шлакопемзовый камень и граншлаковый песок, 1/2 часть воды. Перемешивание 1... 1,5 мин;

- тонкомолотый граншлак. Перемешивание 1 мин;

- портландцемент. Перемешивание 30 сек;

- вода совместно с растворами С-3 и СДО. Перемешивание 1... 1,5 мин.

. 1 Последовательность загрузки компонентов смеси была аргументирована следующими факторами:

- введение 1/2, части расчётной воды позволяло пропитать влагой сухие частицы шлаковой пемзы и граншлака. Поэтому при введении цемента некоторый объём цементно-водной суспензии проникает в открытые поры на поверхности шлакопемзового щебня. Это позволяет экономить цемент для получения заданной прочности бетона и не повышать плотность шла-копемзобетона;

- учитывая большую открытую пористость шлакопемзового щебня, после увлажнения заполнителя необходимо вводить тонкомолотый граншлак, который закрывает эти поры в процессе перемешивания. В этом случае

' также сокращается расход цемента, необходимый для получения заданной прочности при сжатии шлакопемзобетона;

- совместное введение 1/2,... 1/3 части расчётной воды, растворов С-3 и СДО позволяет при небольших количествах сухого СДО получить достаточно хорошее во;здухововлечение.

Технологическими факторами, определяющими характер изменения подвижности бетонных смесей в монолитном строительстве, являются продолжительность и условия выдержки смесей до их укладки в конструкции. Проведённые исследования на строительной площадке, с принятой в лабораторных условиях очерёдностью загрузки материалов показали, что бетонная смесь, транспортированная на объект автобетоносмесителем и автосамосва-лЬм, за время транспортирования имеет соответственно O.K.: 16 см и 12 см. Анализ этих исследований показал, что шлакопемзобетонную смесь можно транспортировать на значительные расстояния при помощи автобетоносмесителя и автосамосвала на несколько меньшие расстояния (до 8 км), придав ей начальную подвижность равную О.К.=12... 14 см.

При укладке бетонной смеси в опалубку пользовались схемой "кран-бадья". Уплотняли вибробулавой послойно. Толщина слоя 0,5... 1 м.

При анализе критической прочности монолитного ШПБ следует обратить внимание на достижение ШПБ прочности для сроков распалубливания бетонных и железобетонных конструкций и прочности, необходимой для за-

гружения конструкций расчётной нагрузкой. Исследования показали, что ШПБ в возрасте I сут имеет среднюю прочность на сжатие 3 МПа, на 3 сут -7 МПа, на 14 сут - 78-80% от R28 куб.

Для загрузки конструкций полной расчётной нагрузкой ШПБ должен обладать критической прочностью. Критическая прочность для ШПБ класса В 12,5 - В15 должна быть не менее 50% проектной. На 3 сут RCA. составила 7,8 МПа - 52% проектной, а на 7 сут R^ - 78-80% проектной (рис. 2).

Рис. 2. Изменение во времетш относительной прочности на сжатие лёгких бетонов: 1, 2 - шлакопемзобетон класса В 12,5 нормального и естественного условий твердения; 3 - керамзитобетон нормального и естественного условий твердения.

Следовательно, через 3 сут можно продолжить дальнейшее бетонирование конструкций и монтажа коробки здания.

В четвёртой главе приводится анализ исследований эксплуатационных свойств монолитного шлакопемзобетона.

Объёмные изменения бетона, связанные с физико-химическими процессами, происходящими в нём в течение всего периода его жизни, оказывают большое влияние на напряжённо-деформированные состояния конструкций, должны учитываться при разработке технологии их изготовления, проектирования, строительстве и эксплуатации зданий.

В монолитных домах важной проблемой является достижение равенства полных деформаций наружных и внутренних стен, т.е. образование вертикальных трещин в стыке между наружными и внутренними стенами уменьшается.

Исходя из общих положений механики разрушения бетона и его деформа-тивности, особый интерес представляли исследования усадки и ползучести ШПБ при положительной и отрицательной температуре.

В специальной литературе данный вопрос практически не освещается, что связано, в первую очередь, с ограниченным применением ШПБ в монолитном строительстве.

Усадку ШПБ определяли на образцах-призмах размером 100x100x400 мм. Образцы находились в условиях естественного твердения. Наблюдения за свободными деформациями неизолированных образцов проводились в помещении с температурой воздуха t = 20 ± 5°С, и относительной влажностью W« 60+10% и t - 20+5°С. Замер деформаций свободной усадки осуществлялся при помощи электротензодатчиков, наклеенных на призму, что давало возможность более точно определять значения деформаций.

Анализ графиков показал, что в образцах, находившихся при +t°C и -t°C, с первых дней начался усадочный процесс, с увеличением класса и возраста бетона величина деформаций усадки за время г (сут) увеличивается. ШПБ класса В15 обладает сравнительно большей усадкой (8%), чем ШПБ класса В 12,5. За весь период наблюдения отмечаются стабильные приращения относительных деформаций усадки для всех видов и классов бетона при +t°C и -t°C, то у образцов, находящихся попеременно при +t°C и -t°C, приращения деформаций показали следующее:

при t=-20°C (морозильная камера) происходил интенсивный рост усадочных деформаций;

при t =+20°С усадочные деформации резко снижались и в течение некоторого времени при +t°C наблюдались стабильные приращения относительных деформаций. Наибольшая величина усадочных деформаций £ у = 0,469-10"5 за г =53 сут (рис. 3).

£у(0'г .

¿Ъ Т/о 60 во юо но

Рис. 3. Изменение усадочных деформаций неизолировшшых образцов шлакопемзобеюна класса 1312 5

1 - шлакопемзобегон при +1 С; 2 - шлакопемзобстон при 4°С; 3 - шлакопемзобетон при (-1°С; +1°С): 4 - керамзитобетоп при+гС.

На 270 сутки наблюдений усадка испытываемых образцов угасла и составила 0,250-10'5 мм/м.

Шлаковая пемза, препятствуя усадке растворной составляющей, подвергается сжатию и деформируется. При отрицательной температуре вода, находящаяся в растворной составляющей, в мелком и крупном заполнителе, контактном слое, а также в капиллярах, порах и трещинах замерзает, происходит резкое увеличение относительных деформаций усадки. При положительной температуре уровень обжатия мелкого и крупного заполнителя, а, следовательно, величина его деформаций зависит от усадки растворной составляющей бетона и модуля упругости шлаковой пемзы. Повышение расхода воды и цемента увеличивает деформацию усадки бетона, что подтверждается величиной относительных деформаций усадки.

Потери влажности с увеличением времени наблюдения у образцов увеличиваются. Наибольшая интенсивность потерь влаги отмечалась на начальном отрезке времени г = 30 сут.

Определены предельные деформации усадки £ у (оо). Математическая обработка результатов исследований позволила вывести зависимость:

ШПБ класс В 12,5 при -1°С; +1°С:

-^- = (3,61 + 0,025ДО Ю5 (1)

4(0

при - 1°С и + 1°С:

= (1.301 + 0,04259 АЩО3 (2)

4(0

Исследования ползучести ШПБ проводились на образцах-призмах размером 10x10x40 см при уровнях загружения 0,2; 0,3 Ллр, что исключало влияние интенсивного макротрещинообразования. Образцы находились под влиянием I = +20 ± 5°С; I = -20 ± 2°С; I = 20 ± 5°С и I = -20 ± 2°С. Продольные и поперечные деформации ползучести измерялись с помощью элск-тродатчиков с базой 5 мм. наклеиваемых на призму с базой 200 мм.

Анализ графиков исследования показал, что относительные деформации ползучести ШПБ увеличиваются стабильно. Изменение относительных деформаций ползучести ШПБ при +РС аналогичны с изменениями усадочных деформаций при -1°С.

В образцах, находящихся при -1°С и при -Н°С, происходил интенсивный рост относительных деформаций ползучести при -(°С. при +1°С наблю-

далось снижение относительных деформаций ползучести и их стабильное приращение. Наибольшая величина относительных деформаций ползучести ¿? п (Д t) = 143,8" Ю-5 мм/м.

Анализ показал, что рост относительных деформаций ползучести образцов, находящихся при +t°C; -t°C; +t°C и -t°C аналогичен с относительными деформациями усадки. Относительные деформации ползучести ШПБ составили 58,5 - 65,0 ' 10"5 мм/м, что несколько ниже (на 10-12%), чем у известных бетонов на шлаковых заполнителях.

Математическая обработка результатов исследований позволила вывести зависимости:

ШПБ класс В 12,5 при +t°C; -t°C:

At ,

при а = 0,2/?„р-= (0,501 +0,0160-Л/)-Ю5, (3)

sw-(At)

при а = 0,ЗЛлр——— = (1,250 + 0,0144 • Л/)-Ю5; (4)

Бы • (АО

ШПБ класс В 12,5 при -t°C; +t°C: при <7 = 0,ЗЛ„Р——— = (1,250+ 0,0144-ДО • Ю5 , (5)

£¡n • (АО

при сг - 0,ЗЛ„р——— = (1,250 + 0,0144 • ДО • 105 . (6)

s¡n' (ДО

Полученные зависимости позволяют прогнозировать изменение относительных деформаций ползучести при длительном действии нагрузки для проектирования при разработке технологии и эксплуатации домов из монолитного ШПБ.

Результаты исследований основных характеристик долговечности ШПБ подтвердили, что данный бетон может быть рекомендован для использования в монолитном строительстве, и которому предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости, жаростойкости.

Пятая глава диссертации посвящена вопросам производственного внедрения результатов исследования. Внедрение результатов работы осуществлено АО "Череповецгражданстрой", АО "Череповецметаллургхимстрой".

Бетонная смесь для строительства монолитных жилых домов в условиях города Череповца изготовляется на заводе ЖБиК и КПД. Завод ЖБиК на-

ходится в черте города, КПД на расстоянии 6 км от города. На первом этапе производственный эксперимент ставился на заводе КПД.

Шлакопемзобетонная смесь на граншлаковом песке готовилась в бетоно-мещалке принудительного перемешивания объемом 1,5 м3. Заполнители и цемент дозировали по массе, используя дозатор, воду и химические добавки

- по объёму.

Последовательность дозирования компонентов бетонной смеси была принята такая же, как и в лабораторных экспериментах (гл. 3). После того как была получена О.К.= 12...14 см, бетонная смесь по транспортёру длиной 25...30 м подавалась в нюбель. Из нюбеля её загружали в автобетоносмеситель. Состав шлакопемзобетонной смеси приведён в табл. 1. Шлакопемзобетонная смесь с момента изготовления до укладки в опалубку, установленную возле строящегося, дома, находилась в автобетоносмеситсле в течение 2-х часов. O.K. шлакопемзобетонной смеси составила 16 см. Бетонную смесь с автобетоносмесителя разгрузили в нюбель. Из него краном бетонную смесь подали в опалубку. Бетонная смесь уплотнялась вибробулавой послойно. Толщина слоя составила 0,5... 1 м. Были изготовлены два фрагмента размером 150x50 c\î стены. После снятия опалубки установлено, что получена хорошая поверхность стены.

На втором этапе производственный эксперимент ставился на заводе ЖБиК. Процесс изготовления шлакопемзобетонной смеси идентичен её приготовлению на заводе КПД. Шлакопемзобетонная смесь перевозилась самосвалом на расстояние 4 км к месту бетонирования фрагментов наружных стен. Шлакопемзобетонная смесь перед укладкой в опалубку имела O.K.=12 см, обладала хорошей удобноукладываемостью и не расслаивалась при укладке в опалубку высотой 3 м. Уплотнялась вибробулавой послойно на 0,5...0,7 м. Изготовленный фрагмент размером 0,5x3x2,5 м имел хорошую, без крупных каверк. поверхность.

Из шлакопемзобетонной смеси в опалубке, установленной возле дома, был изготовлен фрагмент наружной стены толщиной 0,5 м, на котором отрабатывался процесс укладки шлакопемзобетонной смеси. Смесь укладывалась слоями толщиной 0,5...0,6 м с последующим уплотнением вибробулавой. Бетонная смесь была пластична и хорошо затекала под проёмообразователь.

1 Для исследования теплопроводности ШПБ был изготовлен фрагмент стены размеров,950x950x350 мм. Испытания проведены в соответствии с ГОСТ 26254-84; Натурные теплотехнические испытания проводились на специальном стенде, включающем:

- деревянную раму для установки фрагмента;

- первичные преобразователи измерения температуры по ГОСТ 3044-77 с проводами,из сплавов хромель, капель, алюмень:

- измерители плотности тепловых потоков по ГОСТ 9245-79. В период испытаний температура наружного воздуха колебалась от -8°С до +3°С,

температура внутреннего воздуха оставалась примерно постоянной +20 ± 2°С. Относительная влажность наружного воздуха колебалась в пределах 85-95%, внутреннего - 50-55%. Величина теплового потока находилась в пределах 28-35 Вт/м2.

Непрерываемая обработка результатов испытаний позволила с вероятностью 0,95 установить средние значения температур по сечению фрагмента и тепловых потоков. На основании этих данных рассчитаны:

- термическое сопротивление фрагмента (ЯТсРм);

- коэффициент теплопроводности ШПБ (Л шл);

- влажностный режим работы фрагмента.

Расчётная зимняя температура из условий средней инерции конструкций равна -33°С.

Экономически целесообразное сопротивление теплопередач для однослойных стен составляет 1,075 м2-°С/Вт.

С учётом полученных теплотехнических характеристик ШПБ, минимально допустимая толщина наружной стены составит 410 мм.

Исследования влажностного режима работы фрагмента показали, что в стене конденсируется незначительное количество влаги, которое не может намного превысить влажность бетона по сравнению с пределом его сорбци-онного увлажнения. Следовательно, с точки зрения влажностно-тсплотехни-ческого режима применение ШПБ допустимо в монолитном строительстве.

Результаты исследований основных характеристик долговечности ШПБ подтвердили, что данный бетон может быть рекомендован для использования в монолитном строительстве, и которому предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости, жаростойкости.

На основании исследований разработаны рекомендации по повышению эксплуатационных свойств ШПБ в монолитном строительстве за счёт проектирования структур конструкционно-теплоизоляционного ШПБ, отработки технологии производства, транспортирования и укладки ШПБ в условиях производства.

Эти рекомендации обоснованы в настоящей работе и сводятся к следующим положениям технологии производства ШПБ.

Одновременное применение двух видов продуктов шлакопереработки: добавка на основе граншлакового песка с тонкостью помола 2000 ... 3000 см2/ г в качестве мелкой составляющей бетона, шлаковой пемзы в качестве крупного заполнителя;

проектирование состава бетона должно осуществляться при обязательном соотношении крупного заполнителя 35...40% и содержание мелкой фракции 55...60% по объёму;

приготовление литой шлакопемзобетонной смеси; интенсивное виброуплотнение бетонной смеси.

Расчётные значения основных свойств ШПБ для монолитного строительства представлены в табл. 2.

Таблица 2

Расчётные значения свойств конструкционно-теплоизоляционного шлакопемзобетона для классов В12,5; В15

№ Показатели Ед. измерения В 12,5 В 15

1. Средняя плотность в сухом состоянии кг/м3 1700 1650

2. Призменная прочность МПа 14,3 18,6

3. Критическая прочность МПа 6,5 (3 сут) 7,8 (3 сут)

4. Начальный модуль упругости, Е Ю5 МПа 0,17 0,17

5. Коэффициент попе речной деформации 0,19 0,23

6. Деформативность мм/м 0,21 0,24

7. Морозостойкость циклы 500 500

8. Водопроницаемость атм 5 6

9. Подвижность бетонной смеси см 8-12 8-12

10. Коэффициент перерасхода прочности, К°п 1,19 1,19

11. Средний удельный расход вяжущего кг/м3 335 464

12. В/в 0,5 0,5

Выводы и предложения

1. Производство наружных монолитных стен из шлакопемзобетона с улучшенными эксплуатационными характеристиками может обеспечиваться за счёт применения шлакопемзобетона (ШПБ) с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки до 70%, оптимизации приготовления бетонной смеси, транспортировки и способов укладки ШПБ в конструкцию.

2. ШПБ с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки включает: шлаковую пемзу, гранулированный шлак, тонкомолотую добавку (ТМД) и граншлака, химические добавки (СДО+С-3). Составы бетонной смеси могут быть определены разработанными уравнениями регрессии на прочность, плотность, подвижность.

3. Предлагаемые составы Uli lb класса В12.5; В15 с комплексным содержанием продуктов шлакопереработки для г. Череповца обеспечивают улучшение характеристик теплопроводности на 14%, морозостойкости на 11%, водопроницаемости на 12%, подвижности (О.К.=12-г 14 см) на 11%. Полученные характеристики обеспечивают снижение проектной прочности * бетона на 12-15%.

4. Технология производства рассматриваемого ШПБ включает изменение последовательности загрузки компонентов бетонной смеси за счёт введения расхода воды; транспортирование смеси на расстояние 3-15 км автобетоносмесителем, на расстояние 2-3 км автосамосвалом с О.К.=12 -г 14 см; укладку бетонной смеси методом "кран-бадья", уплотнение бетонной смеси вибробулавой послойно.

5. Важнейшим параметром для ШПБ класса В 12,5; В15 является прочность для последующего распалубливания конструкций, названная критической прочностью; для данных видов бетона она составляет 50% проектной, что достигается через т =1 сутки по сравнению с общепринятым г = 3,5 сут.

6. Исследование деформаций ползучести и усадки ШПБ при положительной t=+20°C и отрицательной t= -20°С выявили при перепадах t, интенсивный рост усадочных деформаций; при г =53 сут еу =0,469-10'5. Для снижения усадочных деформаций целесообразно применять один класс бетона.

7. Эксплуатация модели наружной стены из ШПБ выявила, что количество влаги, конденсируемой в стене, не повышает влажность бетона по сравнению с пределом его сорбционного увлажнения. Полученные теплотехнические характеристики ШПБ допускают снижение толщины наружной стены до 410 мм, что на 25% меньше проектной величины.

8. Внедрение усовершенствованной технологии приготовления, транспортирования и укладки ШПБ, с улучшенными эксплуатационными сеойст-вами, использовалось при строительстве пяти 16-этажных монолитных домов башенного типа и приусадебных коттеджей АО "Череповецграждан-строй" в г. Череповце.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Грызлов B.C., Столярова И.В. Формирование температурно-влажностных параметров шлакопемзобетона в монолитных стенах. Строительные материалы. М., 1997. № .С. .

2. Столярова И.В. Реконструкция башен грануляции производства аммиачной селитры азотно-тукового завода в г. Череповце. Строительство металлургических и химических предприятий. ЦБНТИ Минтяжстроя СССР. М., 1983. Вып. 3. С. 8-9.

3. Столярова И.В. Строительство пекококсовой установки на Череповецком металлургическом комбинате - организация и технология строительства. ЦБНТИ Минтяжстроя СССР. М., 1986. Вып. 11. С. 3-7.

4. Столярова И.В. Использование продуктов шлакопереработки в монолитном домостроении г. Череповца // Тезисы доклада Всесоюзного семинара "Монолитное домостроение. Индустриализация, технологичность, перспективы развития". Пятигорск, 1990.