автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология бетонных работ на основе использования электрообработанной воды затворения

Введение. Общая характеристика работы

Глава 1. Аналитический обзор

1.1. Состояние вопроса и задачи исследования в области совершенствования технологии бетонных работ в монолитном строительстве

1.2 Анализ практики использования нереагентных методов обработки воды затворения в технологии бетонных работ

1.3. Современные представления о строении и структуре воды, ее физико-химические свойства

1А. Растворяющая способность воды и ее роль в процессе образования цементного камня /

1.5. Современные представления о процессах формирования и образования структуры бетона

1.5.1. Изменение свойств смеси при упрочнении кристаллогидратной структуры цементного камня

1.5.2. Энергии взаимодействия вяжущего с водой в технологии процессе приготовления строительных смесей

1.6. Активация процесса твердения строительных смесей и возможные направления ее реализации 67 Выводы по 1 главе

Глава 2. Теоретические и экспериментальные исследования электрообработки обработки воды затворения в технологии бетонных работ

2.1. Механизм явлений, происходящих в воде затворения, при обработке ее в электрическом поле растворимых электродов

2.2. Механизм явлений, происходящий в системе при смешении электрообработанной воды с вяжущим

2.2.1. Поверхностные явления на стадии коллоидно -тиксотропной структуры. Процессы кристаллизации

2.3. Обоснование рациональных условий и методик исследований использования электрообработанной воды затворения в технологии бетонных работ

2.4. Экспериментальные исследования влияния электрического поля на растворимость материала электродов

2.4.1. Методика исследований, материалы и оборудование

2.4.2. Растворимость электродов из алюминия (железа) в зависимости от параметров электрического поля

2.4.3. Влияние рН на процесс растворения электродов

2.4.4. Определение модификации гидроксида алюминия

2.4.5. Влияние толщины и качества поверхности электродов на их растворимость

2.4.6. Влияние скорости движения воды на растворимость электродов

2.5. Определение расхода электроэнергии на растворение металла электродов

2.6. Электрообработка воды при совместном использовании алюминиевых и железных электродов

Выводы по 2 главе

Глава 3. Исследования влияния электрообработанной воды затворения на физико-механические и технологические свойства цементного камня, строительного раствора и бетона

3.1. Методика исследований, материалы и оборудование

3.2. Влияние режимов электрообработки воды затворения на прочность цементного камня. Планирование эксперимента

3.3. Экспериментальные исследования по выявлению влияния воды, обработанной в электрическом поле растворимых электродов из алюминия на свойства цементного камня

3.4. Экспериментальные исследования по выявлению влияния воды, обработанной в электрическом поле растворимых электродов из железа на свойства цементного камня

3.5. Экспериментальные исследования с использованием дистиллированной воды

3.6. Влияние электрообработанной воды на процессы гидратации и структуру цементного камня

3.7. Влияние электрообработанной воды затворения на свойства цементного камня в зависимости от продолжительности сохранения эффекта обработки воды

3.8. Исследование влияния электрообработанной воды на подвижность растворной смеси и прочность камня

3.9. Исследования на морозостойкость бетонов, приготовленных на электрообработанной воде

3.10. Исследования влияния электрообработанной воды затворения на свойства бетона после его (пропаривания) термообработки

3.11. Статистические исследования экспериментальных данных Выводы по 3 главе

Глава 4. Использование ресурсосберегающей технологии в технологии бетонных работ в монолитном строительстве

4.1 Производственные исследования

4.2. Повышение эффективности бетонных работ, путем интенсификации процесса приготовления бетонных смесей

4.3. Совершенствование комплексного процесса бетонных работ на основе использования электрообработанной воды затворения

4.4. Автоматизация БСУ с блоком электрообработки воды затворения

4.5. Приближенный расчет установки по обработке воды затворения

4.6. Технико-экономическая оценка использования электрообработанной воды затворения в производстве бетонных работ 228 Выводы по 4 главе 233 Заключение 235 Список использованной литературы 238 Приложения 1. Результаты испытаний образцов 256 Приложения 2. Технологический регламент 263 Приложения 3. Акты, справки о внедрении результатов исследований

ВВЕДЕНИЕ Общая характеристика работы

Роль и значение производства и применения бетонных и железобетонных конструкций в настоящее время претерпели определенные изменения, касающиеся в основном перехода к сборно-монолитному или полностью монолитному строительству, а также возведению малоэтажных сооружений, в том числе, для индивидуальных заказчиков. Следует признать, что использование бетонных и железобетонных конструкций в монолитном и сборном строительстве на ближайшую перспективу, останется основным направлением возведения зданий и сооружений.

Бетон является основным строительным материалом. В России ежегодно производилось около 300 млн. м бетона для монолитного и сборного строительства. На его производство расходуется около 70% общего выпуска цемента в стране. Эти объемы материальных ресурсов требуют для их эффективной переработки и рационального использования применения интенсивных, ресурсосберегающих технологий и высокопроизводительного оборудования. При этом возникает задача существенного повышения качества бетона за счет изыскания новых прогрессивных технологических решений.

Опыт монолитного строительства показывает, что одной из наиболее ответственных операций, входящих в основной комплекс бетонных работ, является приготовление бетонной смеси, и только из-за низкой однородности показател ей качества бетона перерасход цемента составляет 10-15%, и около 5-8% цемента перерасходуется из-за плохого состояния составляющих компонентов бетонной смеси, т.е. для получения необходимых характеристик бетона, с учетом условий стройплощадки, завышение расхода цемента приводит к значительному перерасходу материалов и, как следствие, удорожанию строительства.

Общее развитие науки о бетонах позволяет, в известной мере, управлять свойствами этих материалов с позиций ресурсо- и энергосбережения, обеспечение высокого качества готовой продукции, создание высоко^-автоматизиро-ванных технологических линий приготовления бетонной смеси остается одним из актуальных направлений исследований в технологии строительного производства.

Перспективным направлением улучшения качества бетона является активация составляющих бетонной смеси на различных стадиях технологического процесса ее приготовления.

Выполнено достаточно много разработок и исследований по активации компонентов бетонной смеси, в частности, воды. Исследовалось влияние внешних силовых полей на воду затворения, с целью улучшения прочностных показателей бетона. Анализ методов активации воды показал, что теоретические представления и объяснения явлений, происходящих как в самой воде в процессе активации, так и при смешении с вяжущим, сравнительно мало изучены на уровне многих методов и зачастую противоречивы. Широкое практическое использование этих методов в строительстве и, особенно, в условиях строительной площадки сдерживает нестабильность результатов по повышению прочности бетона, сложное в эксплуатации оборудование для активации воды, значительный расход электроэнергии, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта. Научная проблема состоит в более глубоком изучении механизма явлений технологических процессов, происходящих в воде в процессе ее активации, а затем при смешении с цементо^ и использования последней для приготовления бетонных смесей с целью улучшения их физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств.

Настоящая работа направлена на разработку ресурсосберегающей технологии бетонных работ на основе использования электрообработанной воды за-творения и управления процессами, происходящими в воде при ее обработке внешним электрическим полем, а затем - при твердении смеси. Актуальность темы, как в научном, так и практическом аспектах определяется необходимостью получения стабильных и надежных результатов по улучшению физико-механических и технологических свойств бетона За счет использования несложной в эксплуатации, эффективной установки по электрообработке воды за-творения, автоматизации технологического процесса приготовления бетонной смеси непосредственно на строительной площадке при возведении конструкций из монолитного бетона и железобетона,:

Целью исследования является разработка научно-технических основ технологии бетонных работ на базе использования электрообработанной воды за-творения¥. научное обоснование и доказательство влияния электрообработанной воды на свойства, процессы гидратации цементного теста, структуру камня, раствора и бетона в процессе приготовления, транспортирования и укладки. Разработка практических рекомендаций по использованию технологии приготовления смеси в условиях строительной площадки.

В интересах достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи: осуществлено обобщение опыта использования методов активации воды затворения, проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований обработки воды в технологическом процессе приготовления бетонной смеси; исследованы теоретические и практические аспекты процессов, происходящих в воде при обработке ее электрическим полем растворимых электродов из различных материалов и при взаимодействии электрообработанной воды с вяжущим; выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния электрообработанной воды на свойства, структуру и процессы гидратации цементного камня, раствора и бетона; разработана и подтверждена в производственных условиях эффективность предлагаемой технологии приготовления строительных смесей; разработан технологический регламент по использованию электрообработанной воды затворения для приготовления бетонной смеси в условиях стройплощадки;

Объектом исследования диссертационной работы -является: основной технологический процесс бетонных работ, включающий процесс приготовления бетонной смеси в условиях строительной площадки; компонент смеси (вода затворения); твердеющая смесь; цементный камень, раствор и бетон.

Совершенствование технологии приготовления бетонной смеси актуально для всех строительных организаций, возводящих здания и сооружения из монолитного бетона и железобетона, а также изготавливающих их отдельные конструктивные элементы.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

• выполнены обобщение опыта использования нереагентных методов активации воды при приготовлении строительной смеси и анализ теоретических и экспериментальных исследований обработки воды затворения в технологическом процессе приготовления бетонной смеси;

• выявлены основные положения механизма явлений, происходящих в воде при обработке ее внешним электрическим полем, а также при взаимодействии обработанной воды с составляющими строительной смеси;

• выполнены экспериментальные исследования по выявлению влияния электрообработанной воды затворения на процессы гидратации и структуру цементного камня, а также на физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства строительных смесей;

• обоснована целесообразность приготовления бетонной смеси с улучшенными свойствами бетона на воде затворения, предварительно обработанной электрическим полем растворимых электродов;

• разработан технологический регламент по использованию электрообрабо-танной воды затворения для приготовления бетонной смеси в условиях стройплощадки.

Обоснованность и достоверность приведенных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании теоретических разработок по электрообработке жидкостей, а также работ в области строительного производства, обширном экспериментальном материале, полученном автором в результате многолетних исследований. В работе использованы современные методы обработки результатов исследований. Эффективность выполненных разработок подтверждается внедрением новой технологии при производстве бетонных работ в условиях строительной площадки.

Практическаязначимость и реализация работы:

• улучшение прочностных показателей бетона, морозостойкости, сокращение расхода цемента, повышение подвижности смеси, снижение энергозатрат за счет сокращения времени твердения бетона с момента формования до распалубки, увеличение оборачиваемости опалубки за счет сокращения времени изотермического прогрева;

• разработка на основе предлагаемых результатов исследований исходных данных для создания технологической схемы приготовления строительной смеси на электрообработанной воде, включение установки по обработке воды затворения в основную технологическую схему приготовления строительной смеси в построечных условиях монолитного строительства;

• доведение предлагаемой технологии до ее практического применения: разработка оптимальных режимов обработки воды затворения для приготовления строительной смеси;

• эффективность выполненных разработок подтверждается результатами внедрения новой технологии в производстве бетонных работ;

• на основании результатов исследований разработан «Технологический регламент по использованию электрообработанной воды затворения для приготовления бетонной смеси», согласованный с институтом ЦНИИОМТП, который является основным техническим документом, обеспечивающим широкое внедрение новой технологии в строительное производство.

Разработки диссертанта реализованы на строительстве монолитных 22-х этажных жилых домов в Приморском районе г. С.Петербурга; реконструкции очистных сооружений в г. Тюмени; материалы разработок включены в учебные пособия и используются в учебном процессе С.Петербургского архитектурно-строительного, Тюменского строительного университетов.

Предмет защиты составляет совокупность научных положений и практических рекомендаций, сформулированных автором по результатам выполненных исследований. Эти положения и рекомендации обеспечивают получение технико-экономического эффекта и служат основой для развития научного направления, связанного с совершенствованием технологии бетонных работ за счет использования электрообработанной воды затворения для приготовления строительных смесей.

На защиту выносятся:

• результаты анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований использования нереагентных методов обработки воды затворения в технологии приготовления строительных смесей;

• совокупность теоретических и практических аспектов изучения процессов, происходящих в воде при обработке ее электрическим полем растворимых электродов из различных материалов;

• обоснование эффекта действия электрообработанной воды по улучшению физико-механических свойств и технологических показателей строительной смеси;

• схема комплексной автоматизации БСУ для построечных условий монолитного строительства с использованием в качестве воды затворения предварительно обработанную электрическим полем растворимых электродов воду;

• технологический регламент по использованию электрообработанной воды затворения для приготовления бетонной смеси в условиях стройплощадки. Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов СПбГАСУ 1979-2000 гг; национальной научной конференции 1985,1987,1989, - НР Болгария; международной конференции «Строительство зимой» и интернациональном конгрессе индустриального строительства, 1990-1991 гг. - Германия; конгрессе по защите бетона 1990 г. -Шотландия; интернациональном семинаре 1991,1996, 1999 гг. - Индия; международном конгрессе "Инвестиционные проекты. Строительство и экология 1996 г. - С.Петербург; на заседании кафедры технологии строительного производства на. межкафедральном семинаре СПбГАСУ.

Публикации. Автором диссертации опубликовано 63 работы. Основные положения диссертационной работы изложены в 49 работах, в том числе монографий - 2, статей - 32, в зарубежных изданиях -13, учебных пособий - 2.

Структура и объем диссертации. Структурно - логическая схема диссертационного исследования, представленная на рис. 1, предусматривает два направления разработок.

Рис. 1. Структурно-логическая схема исследований

Первым является исследование процесса обработки воды затворения внешним электрическим полем растворимых электродов из различных материалов и влияние этой воды на физико-химические и технологические свойства цементного камня, раствора и бетона (строительные смеси). Вторым - комплексная автоматизация технологического процесса приготовления бетонной смеси за счет создания эффективных средств активного контроля и автоматического регулирования процесса приготовления и разработка технической доку

14 ментации по использованию электрообработанной воды для приготовления строительной смеси.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 232 наименования. Основной материал диссертации изложен на 295 страницах машинописного текста, в который вошло 68 таблиц, 84 рисунка, 3 приложения.

1. СНиП Ш-3.03. Бетонные и железобетонные конструкции монолитные. Общие правила производства и приемки работ. М., 1987, 78 с.

2. Производство бетонных и железобетонных конструкций. Справочник «НИ-ИЖБ», М., 1998, 383 с.

3. Юдина А.Ф. Материалы отчета по НИР № 01960009291.Разработка технологии приготовления бетонной смеси на основе использования методов обработки ее компонентов с целью улучшения физико-механических свойств бетона. СПбГАСУ, СПб., 1998, с. 71.

4. ГОСТ 10178-85. Портланд и шлакопортландцемент. Технические условия. М., 1985.

5. ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. М., 1980.

6. ГОСТ 10060-87. Бетоны: Методы контроля морозостойкости. М.: 1987, 14с.

7. Гост 10180-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение. М.:1986, 56 с.

8. ГОСТ 27677-88. Бетоны. Общие требования к проведению испытаний. М.: 1989, 6 с.

9. ГОСТ 12730-87. Методы определения плотности, влажности, водопоглоще-ния, пористости и водопроницаемости. М.: 1994, 41 с.

10. ГОСТ 7473. Смеси бетонные. Технические условия. М.: 1994.

11. ГОСТ 10260-82. Бетон и железобетон. Материалы для изготовления бетона. Ч. 1. 1985.

12. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико механических испытаний. М., 1997.

13. ГОСТ 10181.0-81. Смеси бетонные. Общие требования к методам испытаний. М., 1982.

14. Новицкий Н.В. Развитие теории и совершенствование технологии приготовления цементобетонной смеси при отрицательных температурах. Диссертация на соиск. уч. ст. докт. техн. наук, М., 1996. 345 с.