автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология изготовления декоративных ковров для отделки фасадов зданий

На правах рукописи

Плаксенко Надежда Владимировна

«Технология изготовления декоративных ковров для отделки фасадов зданий»

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

з 1 т ят

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

00553ьгэ*

Москва - 2013

005536292

Работа выполнена в аспирантуре Открытого акционерного общества "Центральны научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий" (ОА "ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)"), лаборатори декоративных и модифицированных бетонов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор кафедры

"Строительство" Хакасского технического института — филиала Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет") Нагрузова Любовь Петровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры

организации строительства и управления недвижимостью ФГБОУ ВПО "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") Прыкин Борис Владимирович

кандидат технических наук, вице-президент Российской инженерной академии (РИА) Пономарев Игорь Николаевич

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

"Научно-исследовательский центр "Строительство" (ОАО "НИЦ "Строительство")

Защита диссертации состоится «20» ноября 2013 г. в 12:00 часов на заседай диссертационного совета ДМ 303.017.01 при ОАО "ЦНИИЭП жилых и общественнь зданий (ЦНИИЭП жилища)" по адресу: 127434, г. Москва, Дмитровское шоссе, д.9, стр. III этаж (зал заседаний), тел. 8 (499) 976-28-19.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде ОА "ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)".

Автореферат разослан: «18» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: кандидат архитектуры, профессор сн^ХУ-^-'-—A.A. Маг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Важной частью облика зданий является фасад. В связи с этим особое значение приобретает их отделка. Облицовку зданий и сооружений возможно выполнять как в заводских, так и в построечных условиях.

Нанесение отделочных покрытий на уже построенные малоэтажные здания не вызывает трудностей. При использовании покрытий на многоэтажных зданиях необходимы специальные мероприятия, поэтому целесообразно выполнять отделку в процессе изготовления панелей наружных стен непосредственно на заводах. Помимо этого, существуют температурные ограничения - температура воздуха и объекта должна быть не менее +5°С.

Отделка фасадных поверхностей элементов зданий, выполняемая в заводских условиях, позволяет снизить их стоимость и повышает качество отделочных слоев за счет применения новых способов по механизации нанесения и крепления отделочных материалов, повышения их стойкости к режимам тепловлажностной обработки.

Предполагается, что к 2015 году доля крупнопанельного домостроения в объеме жилищного строительства возрастет до 60%. Без сборного, панельного домостроения ни одна страна в Европе, а теперь и в Азии, например, Китай, че решают в настоящее время задачу массового жилищного строительства. По сравнению с кирпичным и монолитным домостроением строительство крупнопанельных домов имеет ряд преимуществ: в 1,5-2 раза уменьшение сроков возведения домов и на 30-40% меньшая себестоимость строительства. При этом крупнопанельные жилые дома позволяют обеспечить потребности различных социальных слоев населения.

Проблеме совершенствования технологии отделки фасадных элементов зданий посвящены работы многих исследователей в области полносборного крупнопанельного домостроения. Качество отделки во многом зависит от фактуры, цвета и долговечности применяемых отделочных материалов. В последние десятилетия учеными создана широкая номенклатура декоративно-облицовочных материалов. Отделкой листовыми материалами занимались такие учёные, как Катанов Д.Д, Семёнов A.A. Декоративно-облицовочные стеклокристаллические

материалы на основе вторичного сырья разрабатывали Болотова Л.Н., Данисюк И.А, Елагина М.А., Мизандронцева Н.И., Суслова Е.П., Фёдорова Л.В., Щеглова М.Д. Опыт получения и применения зернистых покрытий изложен в трудах Анцуповой С.Г., Белоусова Е.Д., Гонтарь Ю.В., Когана Г.С., Севериновой Г.В., Ярошевского Л.М. Работы Лисицына Ю.В., Максименко Л.П., Цимерманиса Ф.Х. посвящены отделке из плиточных материалов. Труды ряда ученых, а также исследования, проведенные в ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)» (далее - ЦНИИЭП жилища), ОАО "НИЦ "Строительство" и других организациях позволили внедрить достаточно эффективные способы индустриальной декоративной отделки изделий крупнопанельного домостроения.

Наружная фактура стеновых панелей должна обладать высокой д« коративностью и долговечностью при малой стоимости и незначительных затратах ручного труда. В связи с этим в ЦНИИЭП жилища в лаборатории технологий декоративных и модифицированных бетонов с участием автора выполнялись исследования по созданию новых видов наружной отделки, которые представляют собой декоративные ковровые покрытия - ковры с применением крошки из природных и искусственных материалов, полимерного вяжущего и основы в виде геотекстиля (далее - декоративные ковры с крошкой), а также полимерцементные ковры на основе сеток (далее - ПЦ ковры).

В работе выдвинута гипотеза, что за счет применения декоративных ковров и совершенствования технологии их изготовления можно повысить качество и разнообразие отделки, снизить ее себестоимость, использовать данную технологию для отделки фасадных поверхностей как на заводах крупнопанельного домостроения, так и в построечных условиях для жилых, промышленных и общественных зданий, а также при реконструкции зданий и сооружений.

Цель работы состоит в разработке и научном обосновании технологии изготовления механизированным способом высококачественной наружной отделки в виде декоративных ковров с применением специализированного оборудования для облицовки фасадных элементов зданий, включая анализ и разработку конструктивно-технологических вариантов покрытий с учетом способа их крепления.

В работе решались следующие задачи:

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта применения различных видов отделки фасадных элементов зданий.

2. Исследование и выбор рациональной технологии для высокопроизводительного изготовления отделочных покрытий.

3. Разработка конструктивно-технологических решений декоративных ковров.

4. Обоснование технологических требований и эффективных режимов процесса механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой и создание опытно-промышленной установки по производству покрытий.

5. Подбор оптимальных параметров механизированного нанесения слоёв в зависимости от характеристик используемых материалов.

6. Разработка принципиальных схем производственных участков для изготовления декоративных ковров с крошкой.

Область исследования - технология отделки фасадов зданий и сооружений.

Объектом исследования является технология изготовления декоративных ковров на основе полимерцементной композиции и полимерных композиций с крошкой из природных и искусственных материалов.

Предмет исследования - определение оптимальных технологических параметров механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой, а также физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий.

Границы исследования — изготовление декоративных ковров для заводской отделки фасадных элементов зданий, для индивидуального строительства, для облицовки интерьеров, а также при реконструкции зданий и сооружений.

Методика работы основана на проведении аналитических, расчетных и экспериментальных исследований, включающих:

- аналитическое обобщение литературных источников, включая нормативную

базу;

- лабораторные эксперименты на мелкоразмерных образцах;

- опытные исследования на специализированной установке с применением математического планирования экспериментов;

- исследование физико-механических характеристик декоративных ковров и

составляющих их материалов;

- экспериментальное проведение отделки натурных образцов фасадных панелей декоративными коврами.

Достоверность полученных результатов основана на проведении комплекса лабораторных и производственных исследований декоративных ковров с применением методов математического планирования экспериментов и проверкой их результатов на натурных образцах железобетонных изделий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Проанализированы и сформулированы требования, предъявляемые к декоративным ковровым покрытиям: архитектурные, физико-механические, конструктивно-технологические, эксплуатационные и экономические.

2. Обоснованы технологические возможности получения высококачественных декоративных покрытий на разработанной специализированной установке.

3. Определены конструктивно-технологические решения ковровых покрытий в зависимости от способа их крепления.

4. Изучены и установлены технологические параметры механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой, а также выявлены наиболее значимые из них.

5. В результате исследования сформулированы основные принципы организации производства по изготовлению различных вариантов декоративных ковров с крошкой на специализированных производственных участках для соответствующих способов их применения.

На защиту выносятся основные научные положения:

1. Конструктивно-технологические решения декоративных ковров с разным количеством слоев в зависимости от способа крепления ковров.

2. Технология получения высококачественных декоративных покрытий на разработанном специализированном оборудовании.

3. Принципы организации технологических участков по производству декоративных ковров с крошкой для различных способов их применения.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Созданы технологии изготовления декоративных ковровых покрытий для отделки фасадных элементов зданий с применением как природных, так и искусственных материалов, которые позволяют обеспечить высокое качество облицовки, использовать декоративные ковры для заводской отделки фасадных элементов и в построечных условиях.

2. Определены оптимальные физико-механические характеристики ковровых покрытий для эксплуатации их в составе фасадных элементов зданий.

3. Разработана специализированная формовочная установка для нанесения слоев декоративного ковра с крошкой и рекомендованы ее оптимальные технологические параметры.

4. Предложены технологические схемы изготовления декоративных ковров с крошкой на специализированных участках в составе производственных линий.

5. Результаты работы в дальнейшем могут быть использованы для разработки технологического регламента на изготовление декоративных ковров с крошкой на специализированных производственных участках.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации изложены автором в докладах, выступлениях и в материалах республиканских и международных научно-практических конференций: Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационное, развитие, модернизация и реконструкция объектов ЖКХ в современных условиях» (Республика Хакасия, г. Абакан, 2010 г.); I Международной научно-практической конференции «Модернизация крупнопанельного домостроения — локомотив строительства жилья экономического класса» (г. Москва, 2011 г.); II Международной научно-практической конференции «Возрождение крупнопанельного домостроения в России» (г. Москва, 2012 г.).

Публикации. Основные результаты проведенной работы опубликованы в 12 печатных трудах, из них 4 по теме диссертационной работы, в том числе 4 - в научных изданиях, соответствующих перечню, указанному в положении о порядке присуждения ученых степеней, включая один патент на изобретение.

Внедрение результатов. В ЦНИИЭП жилища в лаборатории технологий декоративных и модифицированных бетонов было изготовлено б декоративных

ковров с крошкой, которые использовались в дальнейшем при производстве опытной партии - 3-х панелей ограждения лоджий (ОЛ-4) серии ГМС 2001, изготовленных на Перовском комбинате строительных материалов, находящихся в настоящее время в качестве выставочных образцов на Бескудниковском комбинате строительных материалов.

Научно-производственной компанией "Фарболат" на опытно-промышленной установке, спроектированной в ЦНИИЭП жилища, была изготовлена партия декоративных ковров с крошкой общей площадью 180 м2 для последующей отделки стеновых панелей.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, состоящего из 122-х наименований, и 4-х приложений. Работа содержит 144 страницы основного текста и 19 страниц приложений, включая 32 рисунка, 23 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведена рабочая гипотеза, область, объект и предмет исследования, границы исследования, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна, выносимые на защиту научные положения, практическая значимость, апробация и внедрение результатов исследования, структура и объём работы.

В первой главе проведен анализ существующих видов отделки фасадных элементов зданий, а также видов отделки существующими ковровыми покрытиями, и на этой основе сформулированы и систематизированы основные требования, предъявляемые к разрабатываемым декоративным коврам.

Выполненный автором сравнительный анализ показал, что применяемые виды отделки имеют ряд недостатков, связанных как с качественными показателями, так и с технологией её нанесения. К недостаткам по качественным показателям относятся такие, как разрушение отделки в процессе эксплуатации (например, при окраске поверхности, оштукатуривании), а также ограниченный цветовой ряд облицовки (например, при отделке керамическими плитками). Технологическими недостатками являются: подготовка поверхности перед её отделкой [например, для декоративного покрытия Вёсог-Зитеэ (США), отделочного материала «Байрамикс»

(Турция)], специальные операции после распалубки изделий (например, при отделке присыпкой или втапливанием декоративной крошки на песчаный подстилающий слой, отделке декоративной крошкой по клеящей основе). В связи с этим требуются дополнительные затраты времени на изготовление фасадных элементов зданий.

Выявлено, что наиболее индустриальными и эффективными видами отделки являются ковровые покрытия, но конструкции существующих ковров и технологии их изготовления недостаточно проработаны. Для отделки фасадных элементов зданий ковровыми изделиями декоративный материал наносится на основу. Она может быть как временной (удаляемой), так и постоянной (неудаляемой). Примеры отделки с временной (бумажной) основой: облицовка коврами из плитки, коврами с дробленым материалом и т.п., где необходима очистка поверхности готового изделия от бумаги. Дополнительные мероприятия требуют затрат времени и труда. В разрабатываемых декоративных коврах для повышения их технологических качеств используется постоянная (неудаляемая) основа.

На основе анализа факторов, которые могут влиять на декоративные ковровые покрытия при их изготовлении, транспортировке, эксплуатации, разработаны и сформулированы дополнительные требования, предъявляемые к исследуемым декоративным ковровым покрытиям (рисунок 1).

Для эффективного использования разработанной технологии было спроектировано высокопроизводительное оборудование по нанесению покрытий. В зависимости от используемых материалов и требуемых характеристик ковров для оптимальной работы оборудования необходимо было подобрать рациональные его режимы. Поэтому во второй главе выполнено обоснование выбора используемых материалов для изготовления декоративных ковров, разработаны конструктивно-технологические решения покрытий, а также проведен комплекс исследований их физико-механических характеристик.

Часть исследований по определению характеристик декоративных ковр )в проведены на мелкоразмерных образцах, но с точки зрения технологии их изготовления масштабный коэффициент не оказывает влияния на параметры технологических процессов.

Цветовое и фактурное разнообразие

Сохранение натурального цвета камня

Цветостойкость

Возможность применения на криволииейных поверхностях

Возможность создания заданного рисунка на фасаде

Ж

АРХИТЕКТУРНЫЕ

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ДЕКОРАТИВНЫМ КОВРАМ

Ж

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ

Ж

Совместимость с бетоном

Стойкость к солнечной радиации и УФ_

Паропропицаемость

Водонепроницаемость

Морозостойкость -не менее 150 циклов

Пожаробезопасность

Прочность на растяжение вдоль ковра - не менее 1,5 МПа

Прочность в перпендикулярном направлении - не менее 0,4 МПа

Гибкость ковра при 1=20-25°С ■ не менее Я=4-5 см_

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

Легкий материал основы

Ж

Возможность установки анкерных устройств

Размер зёрен уплотняющего слоя от 0 до 0,63 мм

Размер зёрен декоративного слоя от 0,15 до 3,00 мм_

Скорость формования слоя -не менее 3 см/с (1,8 м/мин)

Продолжительность твердения каждого слоя - не более 85 мин

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

Ж

Стоимость материалов для 1 м2 ковра - не более 350-400 руб.

Себестоимость изготовления 1 м2 ковра - не более 750 руб.

Рисунок 1. Требования, предъявляемые к декоративным коврам

В результате проведенных исследований выбраны материалы для изготовления декоративных ковров с крошкой. При выборе основы для декоративного ковра учтены требования к материалу: он должен быть легкий и прочный, в который с одной стороны легко проникает цементное тесто, с другой — уплотняющий слой с мелкими частицами песка. Проведенные испытания обусловили выбор основы - геотекстиля с щелочестойкими волокнами плотностью 150-300 г/м2, так как его структура и механические свойства делают его подходящим для использования в качестве объединения разнородных слоев (отделочного и бетонного). Геотекстиль не подвержен гниению и является экологически чистым материалом.

Исходя из выполненного анализа существующих полимерных вяжущих выбрана клеящая композиция для производства ковров - водная дисперсия акрилового полимера с добавками, улучшающими его свойства. Образуя прозрачную пленку, полимер визуально не меняет структуру и цветовые качества покрываемого материала. Также он атмосферостойкий, водонепроницаемый, паропроницаемый, химически стойкий и эластичный.

Разработаны конструктивно-технологические решения покрытия. Установлено, что ковры, используемые при формовании панели в едином цикле, должны иметь как минимум три слоя - основу (геотекстиль), уплотняющий и декоративный слои. Толщина получившейся конструкции составляет 5,0-8,0 мм, в том числе толщина геотекстиля - 1,0-1,5 мм, уплотняющего слоя - 1,5-2,5 мм, декоративного слоя - 2,5-4,0 мм. Коврам, приклеиваемым к готовым фасадным элементам зданий, достаточно иметь двухслойную конструкцию, состоящую из основы и непосредственно декоративного слоя. Толщина двухслойной конструкции составляет 3,5-5,5 мм, в том числе толщина геотекстиля 1,0-1,5 мм, декоративного слоя-2,5-4,0 мм.

От структуры уплотняющего слоя зависит прочность крепления декоративного слоя к основе. Поэтому автором разработана методика по подбору состава для уплотняющего слоя. Подбор состава заключается в определении соотношения заполнителей (песка фр. 0,14-0,63 мм и мраморной муки фр. 0-0,14 мм), обеспечивающего получение удобоукладываемой растворной смеси при минимальном расходе вяжущего, а также получение плотной структуры слоя. Удобоукладываемость смеси характеризуется ее подвижностью в пределах 170-200 мм, определяемой по расплыву конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310.481. При этом затвердевший уплотняющий слой должен обладать требуемой прочностью (см. рисунок 1).

В результате проведенного исследования выявлено, что оптимальный состав для уплотняющего слоя, нанесенного механизированным способом, при прочности в перпендикулярном направлении изготовленного слоя 1,59 МПа содержит (масс. %): песок люберецкий (фр. 0,14-0,63 мм) - 55; мраморная мука (фр. 0-0,14 мм) - 20; акриловый полимер - 25.

На основе анализа и проведенных испытаний для изготовления декоративного слоя выбраны такие природные и искусственные материалы, как декоративная каменная крошка фр. 0,315-0,63; 0,63-1,25; 1,25-3,0 мм или стеклянные гранулы размером 0,1-0,6; 0,4-0,85 мм (масс. % - 65-70) и акриловый полимер на водной основе (масс. % - 30-35). Материалы для его изготовления могут быть как естественной окраски, так и искусственно окрашенными при помощи пигментов. Также возможно использование белой крошки с добавлением светостойкого га [гмента в полимерную композицию.

Исследованы технологические характеристики смесей для изготовления уплотняющего и декоративного слоёв.

Определение подвижности смесей проводилось по ГОСТ 310.4-81 с помощью встряхивающего столика. По истечении 30 минут после смешивания компонентов подвижность смеси для уплотняющего слоя уменьшилась на 12%, что затруднило ее нанесение. Поэтому необходимо производить его укладку непосредственно после приготовления состава. Подвижность смеси для декоративного слоя за тот же период уменьшилась на 2,5%.

Сушка позволяет ускорить процесс изготовления ковра в целом и является необходимой технологической операцией при производстве покрытия. Схватывание состава напрямую зависит от количества воды в полимере и скорости ее испарения. Косвенной характеристикой схватывания состава является продолжительность его высыхания. Целью эксперимента было определение момента схватывания состава, а также определение влияния температуры сушки, вида полимера, типа поддона на продолжительность высыхания покрытия. Слои наносили ручным способом, размеры образцов - 200x200 мм. Применялись два вида акриловых полимеров на водной основе: фирмы «Бёсог-ЯЮпе» (далее Бёсог^опе) и ООО НПК «Фарболат» (далее Фарболат), содержание сухого вещества в которых составляло 62% и 30% соответственно. Использовались поддоны с возможностью одностороннего и двустороннего испарения влаги. Испытания проводились в сушильной камере без принудительной вентиляции. Температурные диапазоны: сушка при 1=20-25°С, 1=40°С, ^50°С, 1= 60°С, 1=70°С.

В зависимости от температуры и вида полимера схватывание состава и полное

высыхание произошло в разные сроки. На рисунке 2 представлена продолжительность высыхания слоев при различных температурах с применением полимера Фарболат и поддонов с двусторонним испарением влаги. Для уплотняющего слоя схватывание состава произошло через 1,0-2,0 часа, полное высыхание - через 1,5-5,0 часов (рисунок 2, а). Схватывание состава для декоративного слоя, нанесенного на уплотняющий, произошло через 0,5-1,5 часа, полное высыхание - через 3,5-7,0 часов (рисунок 2, б). Схватывание состава для декоративного слоя, нанесенного на геотекстиль, произошло через 0,5-1,0 час, полное высыхание - через 1,5-6,5 часов (рисунок 2, в).

Рисунок 2. Продолжительность высыхания (Т) ковра с крошкой при различных температурах на полимере Фарболат:

а) уплотняющий слой поверх геотекстиля;

б) декоративный слой поверх уплотняющего;

в) декоративный слой поверх геотекстиля.

□- при»»20-25*С

о^— приДО0*С

л--приМ0*С

— при 4«60*С

□--гри1«70*С

Выявлено, что на продолжительность высыхания слоёв тип поддона практически не влияет, при этом полное высыхание покрытия происходит после испарения влаги из полимера (в зависимости от процентного содержания воды в вяжущем).

Исследованы физико-механические характеристики покрытия.

Определение прочности сцепления слоёв между собой проводилось в соответствии с ГОСТ 28574-90. Сила отрыва в перпендикулярном направлении определялась с помощью адгезиметра ПСО-Ю-МГ4. Опыты показали, что ковер

. I4 •

имеет среднюю прочность - 0,43 МПа. Разрушение покрытия происходит по наиболее слабому сечению - по границе соединения уплотняющего слоя и геотекстиля. Добавление в уплотняющий слой мраморной муки (29-30% от массы песка) уменьшило количество пор в слое, тем самым увеличило прочность сцепления слоев между собой (до 0,6 МПа).

Испытания на растяжение вдоль декоративного ковра проводились по ГОСТ 28574-90 на разрывной машине ИР-5040-5-10 (5кН/500кг). Результаты испытаний на растяжение следующие: среднее значение условной прочности при растяжении-1,86 МПа, среднее значение условного напряжения при растяжении - 2,01 МПа, среднее значение относительного удлинения при разрыве - 8,58 %.

Определение гибкости проводилось в соответствии с ГОСТ 30547-97. В результате испытаний гибкость декоративных ковров толщиной 5-8 мм при 1=20-25°С составила 11=4-6 см. При снижении температуры до 10-15°С гибкость снизилась на 25-30% и составила 11=5,5-8,0 см. Изгиб образца при температуре 510°С сопровождается его хрупким разрушением без возможности какой-либо деформации (образец ломался в месте изгиба). Данные температурные ограничения необходимо учитывать в процессе производства и применения покрытия.

Для изготовления полимерцементных ковров (ПЦ ковров) применялись зерновые материалы на комбинированном вяжущем. В качестве заполнителя использовались такие материалы, как мраморная крошка йли песок фр. 0,315-0,63 мм и мраморная мука фр. 0-0,14 мм. В состав комбинированного вяжущего входит водная дисперсия акрилового полимера и белый или цветной цемент. Армированием ПЦ ковра служат две сетки с разным размером ячеек (от 0,1x0,1 до 0,3x0,3 см и от 0,5x0,5 до 1,0x1,0 см). Пигмент используется как вспомогательный материал, определяющий цветовой тон ковра. Толщина ПЦ ковров варьируется в пределах от 1,5 до 3,0 мм.

На основе проведенных экспериментов определено соотношение компонентов для приготовления полимерцементного состава (масс. %): белый или цветной цемент М500 - 20,2; песок мраморный (фр. 0,315-0,63 мм) - 34,5; мука мраморная (фр. 0-0,14 мм) - 20,0; пигмент - 1,0; акриловый полимер - 15,2; вода - остальное до 100.

Исследованы технологические характеристики смеси.

Для определения подвижности смеси применялись различные компоненты, такие как песок фр. 0,16-0,315 мм и фр. 0,315-0,63 мм, песок люберецкий фр. 0,160,315 мм, песок мраморный фр. 0,16-0,315 мм. Проведенные испытания показали, что по истечении 30 минут после перемешивания компонентов смеси с применением песка фр. 0,16-0,315 мм и фр. 0,315-0,63 мм подвижность уменьшилась на 11 %, песка люберецкого фр. 0,16-0,315 мм — на 7 %, песка мраморного фр.0,16-0,315 мм —на 13 %.

Жизнеспособность приготовленного состава составляет не более 1,0-1,5 часов. Поэтому при выборе объема замеса необходимо учитывать жизнеспособность смеси и использовать ее немедленно после перемешивания составляющих.

Целью эксперимента по исследованию продолжительности затвердевания покрытия было определение момента схватывания состава, а также определение влияния температуры на скорость затвердевания покрытия. Для сравнения использовались два вида акриловых полимеров на водной основе: Фарболат и Бёсог^опе. Состав наносились ручным способом, размеры образцов - 200x200 мм. Температурные диапазоны: затвердевание в естественных условиях (при 1=20-25°С и влажности 50-55%), и в тепловлажностной камере (при 1=60°С и влажности 95100%).

Стадия схватывания соответствовала периоду от момента потери вяжущим тестом пластичности до момента его превращения в твердое тело, еще не обладающее заметной прочностью (рисунок 3). В воздушно-сухих условиях схватывание полимерцементного раствора наступало через 1,0 час при использовании полимера Оёсог-БЬпе и через 2,0 часа с полимером Фарболат. На втором этапе, на стадии собственно твердения, происходило нарастание прочности образовавшегося камневидного материала. Затвердевание произошло через 8,5 часов при применении полимера Бёсог^опе и через 10,0 часов при применении полимера Фарболат.

Во влажных условиях при ^60°С схватывание раствора наступило через 1,0 час независимо от используемого типа полимера (см. рисунок 3). Затем постепенно происходило затвердевание ковра, набор прочности покрытия - через 6,5 часов

после нанесения состава.

М общ, % схватывали»

100

96

92

88

84

01 23456789 10 Т,ч Рисунок 3. Продолжительность затвердевания (Т) полимерцементного ковра При t=20-25°C, влажности 50-55%: □—с полимером Decor-Stone

о—с полимером Фарболят

При t=60°C, влажности 95-100%: л-с полимером Decor-Stone

v—с полимером Фарболат

Исследованы физико-механические характеристики ПЦ ковров.

В ходе испытаний по определению прочности в перпендикулярном направлении разрыв покрытия происходил по ослабленному сечению, то есть в месте расположения сеток. Среднее значение прочности в перпендикулярном направлении ПЦ ковров составило 1,1 МПа.

Экспериментально установлено, что среднее значение условной прочности при растяжении ПЦ ковров составляет 3,72 МПа, среднее значение условного напряжения при растяжении - 3,80 МПа, среднее значение относительного удлинения при разрыве - 6,8%.

Па основе проведенных исследований выявлено, что гибкость ПЦ ковров при t=20-25°C составила R=6-7 см. При снижении температуры до 5-10°С гибкость уменьшилась на 15-20% и составила R=7,5-8,5 см.

Таким образом, декоративные ковровые покрытия по своим физико-механическим характеристикам соответствуют предъявляемым к ним требованиям (см. рисунок 1).

Третья глава посвящена разработке технологии изготовления декоративных ковровых покрытий.

Технология изготовления декоративных ковров с крошкой. Ковры могут применяться для двух способов их крепления к поверхности фасадных элементов

зданий — приформовываться к бетонному слою в процессе изготовления изделий фасадной поверхностью вниз или наклеиваться на готовую поверхность из различных материалов (бетон, кирпич, блоки, цементно-волокнистые плиты и др.).

В результате экспериментального исследования определены этапы по изготовлению ковров по первому способу крепления (рисунок 4).

Рисунок 4. Технологический процесс изготовления ковра, приформовываемого к бетонному слою в процессе изготовления изделий

Изготовление ковра по второму способу крепления состоит из последовательных этапов, представленных на рисунке 5.

Рисунок 5. Технологический процесс изготовления ковра, наклеиваемого на готовую поверхность

Непосредственно укладку уплотняющего (при необходимости) и декоративного слоев производили на специализированной формовочной установке, спроектированной в ЦНИИЭП жилища (рисунок 6), для которой разработаны

рабочие чертежи и опытным путем определены все рациональные технологические параметры по нанесению слоев.

Установка позволяет укладывать слои со скоростью от 0,01 до 0,17 м/с, «гго сокращает время на изготовление покрытия по сравнению с ручным способом нанесения. Для укладки слоёв с разной крупностью зерен заполнителя и различных цветовых оттенков бункер установки выполнен съемным, для возможности его замены без промежуточной очистки (рисунок 7). Поддоны также съемные, на которых могут параллельно выполняться несколько технологических операций (рисунок 8). Так как при замене поддона возможно изменение величины зазора между ним и бункером, каретка дополнительно имеет специальное механическое следящее устройство, которое выполнено таким образом, чтобы позволить выдерживать зазор определенной величины между бункером и поддоном.

Рисунок 6. Формовочная установка: а) принципиальное устройство; б) общая схема (вид сверху).

1. Несущая рама формовочной установки. 2. Направляющие каретки. 3. Рабочий поддон. 4. Передвижная каретка с установленным оборудованием. 5. Привод передвижения каретки с регулировкой скорости перемещения. 6. Съемный бункер для смеси. 7. Вибропривод бункера. 8. Заглаживающее устройство. 9. Вибропривод заглаживающего устройства. 10. Электронный блок регулировки скорости каретки.

Рисунок 7. Перслвижмаа каретка установки Рису нок 8. Общий вял установки

Принцип действия формовочной установки состоит в следующем. Смесь из бункера вытекает через открытый затвор в пространство под бункером, где самим бункером производится её предварительное распределение и калибровка толщины слоя. Далее происходит окончательное разравнивание смеси заглаживающим устройством.

В целях сокращения объемов экспериментов и получения количественных зависимостей между технологическими параметрами установки по нанесению слоёв и составами смесей и на качество получившейся поверхности при минимальном расходе смеси был использован метод математического планирования - полный факторный эксперимент, в котором реализовались все возможные сочетания уровней факторов. Варьирование всех факторов осуществлялось на 2-х уровнях. Проводились отдельные испытания для уплотняющего слоя и декоративного слоя.

Качество покрытия определялось, как площадь бездефектной поверхности (в %). Расход смеси вычислялся в граммах (с точностью до ±5,0 г) на единицу площади (1 м2) при наличии полностью уложенного слоя. Для описания характеристик качества поверхности (У^) и расхода смеси (К2) использовался план первого порядка.

Для проверки значимости коэффициентов регрессии и адекватности уравнения регрессии дополнительно поставлено пять параллельных опытов в центре плана. Значимость коэффициентов регрессии определялась по критерию Стьюдента для доверительной вероятности 95%, а адекватность полученной математической модели - по критерию Фишера в зависимости от числа степеней свободы дисперсии воспроизводимости и числа степеней свободы дисперсии адекватности.

В результате принятой обработки результатов экспериментов для

уплотняющего слоя были получены следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс (в кодированных переменных):

- для описания площади бездефектной поверхности (в %):

71=99,306+0,194Х,+0,206Х1-0,156ХГ0,219Х4+0,044Х1ХГ

-0,056Х/Х4-0,044X2X4+0,069X^2X4-0,056X2X3X4-0, П9Х/Х2Х3Х4

- для описания расхода смеси (в граммах):

Т2=4395,63-20,625Х1+71,875Х4+19,375Х]Х2Х4-24,675X^X^4

В этих уравнениях в качестве входных параметров приняты: Х1 - содержание полимерного вяжущего, % от общей массы; Х2 — содержание мраморной муки, % от массы песка; Хз — скорость укладки состава, см/с; Х4 — зазор между рабочим поддоном и бункером формовочной установки, мм.

Анализ экспериментальных данных и уравнений регрессии показал, что с увеличением содержания полимера (Х0 и уменьшением толщины уплотняющего слоя (Х4) уменьшается расход смеси и улучшается качество поверхности уплотняющего слоя. Возрастание содержание мраморной муки (Х2) при уменьшении скорости укладки состава (Х3) также приводит к получению бездефектной поверхности.

Анализ полученных уравнений регрессии позволяет определить оптимальные технологические режимы установки по нанесению уплотняющего слоя, при которых получается бездефектная поверхность уложенного слоя при минимальном расходе смеси: скорость укладки состава - 4,5 см/с; толщина уплотняющего слоя: 2,2-2,5 мм; амплитуда вибрации бункера: 1,0 мм. На основе выполненных экспериментов выявлен оптимальный расход компонентов на 1 м2 поверхности покрытия (таблица !)•

Таблица 1

Рекомендуемый расход компонентов для уплотняющего слоя, полученный на основании полного факторного эксперимента

№ Компонент % масс. Расход на 1 м , кг

1 Песок люберецкий (фр.0,14-0,63 мм) 57 2,40

2 Мраморная мука (фр. 0-0,14 мм) 20-21 0,84-0,88

3 Акриловый полимер 22-23 0,93-0,97

В результате проведенных экспериментов для декоративного слоя были получены следующие уравнения (в кодированных переменных):

- для описания площади бездефектной поверхности (в %):

71=99,-425+0,138Х;+0,175Х2-0,1ХГ0Г075Х4Щ063Х}ХГ0,06ЩХГ0,]Х3Х4-

-0,038Х;Х2Х3-О,038Х]Х2Х4-0,05Х:Х3Х4

- для описания расхода смеси (в граммах):

У3 =4286,88-46,875Хг24,375Х2-39,375Х3+23,125Х4-10,625Х]Х2+19,375Х^ +

+6,8 75Х2Х4+16,8 75Х3Х4-9,375Х;Х2Х4-18,125Х] Х2Х5Х4

В качестве входных параметров были приняты: Х1 - содержание полимера, % от общей массы; Х2 - продолжительность перемешивания смеси, с; Х3 — скорость укладки состава, см/с; Х4 - зазор между затвердевшим уплотняющим слоем и бункером формовочной установки (толщина декоративного слоя), мм.

Все уравнения регрессии, полученные в результате эксперимента, адекватно описывают процесс. Их анализ совместно с анализом полученных экспериментальных данных показывает, что с увеличением содержания полимера (X]), продолжительности перемешивания смеси (Х2), уменьшением скорости укладки состава (Х3) и толщины декоративного слоя (Х4) качество поверхности улучшается. С увеличением содержания полимера (X]), продолжительности перемешивания смеси (Х2), скорости укладки состава (Х3) и уменьшением толщины декоративного слоя (Х4) уменьшается расход смеси.

Анализ полученных уравнений регрессии позволяет определить целесообразные технологические режимы укладки декоративного слоя, при которых получается бездефектная поверхность уложенного слоя при минимальном расходе смеси: продолжительность перемешивания смеси: 85-90 с; скорость укладки состава: 4,5-5,0 см/с; зазор между затвердевшим уплотняющим слоем и бункером формовочной установки (толщина декоративного слоя): 3,0-3,5 мм; амплитуда вибрации бункера: 1,0 мм. На основе проведенного исследования определен оптимальный расход компонентов на 1 м2 поверхности покрытия (таблица 2).

Таблица 2

Рекомендуемый расход компонентов для декоративного слоя, полученный на основании полного факторного эксперимента

№ Компонент % масс. Расход на 1 м , кг

1 Декоративная крошка (фр. 1,5-2,5 мм) 65-66 2,73-2,77

2 Акриловый полимер . 34-35 1,43-1,47

Технология изготовления ПЦ ковров. ПЦ ковер в отличие от декоративных ковров с крошкой на геотекстиле более хрупкий и существует возможность его разрушения, поэтому использовать его для приклеивания на готовую поверхность нежелательно. В связи с этим ПЦ ковер может применяться при формовании изделий лицевой поверхностью вниз. Помимо этого, ковер может быть основой для нанесения других декоративных слоев.

Технологические свойства полимерцементного раствора сильно отличаются от свойств растворов для декоративного и уплотняющего слоев декоративных ковров с крошкой. Предварительные формовки механизированным способом на специализированном оборудовании показали, что для изготовления ПЦ ковров требуется существенная модернизация опытно-промышленной установки. Поэтому для изготовления экспериментальных образцов ПЦ ковров использовался ручной способ нанесения декоративного состава.

На основе составов, приведенных выше, разработана технология изготовления ковра, состоящая из последовательных операций, представленных на рисунке 9.

Нанесение и разравнивание состава | __

Тепловлажностная обработка ковра Рисунок 9. Технологический процесс изготовления полнмерцементпых ковров Сетки укладывают без зазора, но при разравнивании и втирании смеси происходит их раздвижка и образуется пространственная структура армирования

ПЦ ковра.

Стоимость материалов и комплектующих изделий на изготовление 1 м2 ПЦ ковра (в ценах на июль-август 2013 г.) составляет 150-160 руб.

На панель с армированной декоративной отделкой в виде ПЦ ковров автором получен патент на изобретение №2492302.

Четвертая глава посвящена разработке и обоснованию принципов технологии изготовления декоративных ковров с крошкой на специализированных производственных участках и оценке экономической эффективности изготовления покрытий на указанных участках.

В зависимости от способов применения и объема выпускаемых ковров, площадь и компоновка производственных участков по их изготовлению может быть различной. При этом для выполнения необходимых технологических операций участок должен включать в себя следующие посты: промежуточного складирования основных и вспомогательных материалов, дозирования и перемешивания материалов в смесительных установках, формования со специализированной установкой, ускоренной сушки ковров в камере с принудительной вентиляцией, обрезки ковров под требуемый размер и крепления защитного слоя, комплектации готовых декоративных ковров. Помимо этого должны быть предусмотрены места для хранения скомплектованных покрытий.

Пост промежуточного складирования материалов включает в себя бункеры для хранения сыпучих материалов, емкости для хранения полимеров. На данном посту также хранятся рулоны геотекстиля, профили и другие расходные материалы.

На посту дозирования и перемешивания материалов расположены два вида смесителей для различных слоев, один - для смешивания полимера с мраморной мукой и песком, другой - для полимера с декоративной крошкой. Необходимо иметь несколько смесителей каждого вида, которые выбираются в зависимости от типа и цветовых характеристик заполнителя.

Основным оборудованием формовочного поста является опытно-промышленная установка, на которой производится непосредственно укладка уплотняющего и декоративного слоев. Количество бункеров должно быть не менее 4-5 штук (в связи с применением различных типов и цветов заполнителей).

Термообработка ковров осуществляется в многоярусной вертикальной камере непрерывного действия с принудительной вентиляцией. Тепловые камеры для сушки ковров должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими продувку воздуха с температурой 50-70°С, а также приборами автоматического учета расхода тепла, регулирования, контроля температуры. Габариты камеры должны соответствовать максимальным размерам поддона с дополнительным зазором для вентиляции. Ограждающие конструкции камеры выполнены из теплоизоляционного материала. Ковры сушатся непосредственно на поддонах, при этом одновременно в камере могут находиться не менее 16 поддонов.

На универсальных стендах для вспомогательных операций осуществляются следующие операции: подготовка к изготовлению ковров - раскладка геотекстиля и устройство анкеров, а также распалубка готовых ковров, их обрезка, комплектация и крепление защитного полиэтиленового слоя.

При изготовлении покрытия целесообразно применять транспорт периодического действия, занимающий небольшую площадь, например, складные платформенные тележки, и подъемно-транспортное оборудование, не мешающее основному производству ковров, например, тельферы, ручные тали и др. Универсальные стенды для вспомогательных операций оборудованы механизмами, позволяющими стендам перемещаться по всей площади участка. Помимо этого, для удобства использования стенды оснащены управляемой регулировкой высоты рабочей поверхности.

Для изготовления ковров не требуются мостовые краны и другие механизмы грузоподъемностью более 500 кг, поэтому технологические линии могут быть отделены от основного производства панелей наружных стен или располагаться в специальном помещении.

Существуют процессы, выполняемые ручным способом, для которых требуется постоянное участие персонала, и механизированные, в которых участие рабочих временное (включить смеситель, установку, поместить ковер в сушильную камеру) (см. таблицу 3).

Таблица 3

ПоомсряинониыИ I ряфик технологического пронесся шюювлемин декоративных кивров с крошкой

Ni

Наименование процесса

яцвшщ*

Код-»1

Обрела, раскладка геотеасстн л» и устройство анкеров

Дотирование м приготовление смеси для уплотняющего слоя

Укладка уплотняющего слоя

Сушка уплотняющего слоя

Поддон

Сыссятсль Ml

(2/0)

Те\нологнческий процесс (ИНН.) I Я Я Я » Ш Ш 15

(0/1) |l2j -4 +

Сушыывя tcv2) таифа '

Дозирование и пршотоаленис Сысапси смеси для декоративного слоя №2

Укладка декоративного слоя LjJJJJJTJj, ((VI)

7 Сушка декоративного слоя

8

Эбрезка полиэтилена.иклейкл ковра, приклеивание скопай

Обрезка ковра и сто комплектация

60-8:

Ш

Поддон (2/0)

Пойся

(2/0)

Обрезка, раскладка геотекстн- Пацои ля и усгроПство анкеров

Дотирование и приготовление Cwxarev смеси для уплотняющего слоя

(2«)

(0/1)

Укладка уплотняющего слоя

У силою бушерЖП

Сушка уплотняющего слоя

Дозирование и приготовление

Сушхльим кикра

1$

10

смссн для декоративного слоя №2

Смсситеи

Укладка декоративного слоя ^^^J «VI)

«VI)

7 Сушка декоративного слоя Сушидтм

ЯШфВ

(W2)

Обрезка ковра и его комплектация

Помок (2/0)

, Обрезка подиз™лена,зак.зейга| ковра, приклеивание скотча I

U5

60-8 i

№

60-8 5

60-!

5-7

££!

15-'

25

Производительность участка составляет 510-520 м ковров в двухсменный рабочий день при составе бригады 6-8 человек. Возможно повысить производительность за счет увеличения используемого технологического оборудования: стендов для различных операций, количества поддонов и др.

Технология изготовления ковров зависит от предполагаемого способа их применения на фасаде здания. В связи с изготовлением ковров различной сложности

для их выпуска требуется разный набор устанавливаемого оборудования. Поэтому

необходимо учитывать особенности каждого способа отделки при разработке

специализированных производственных участков по изготовлению ковров.

Способы отделки плоских фасадных панелей с применением декоративных

ковров можно условно разделить на следующие варианты:

I. Отделка панелей выполняется из декоративных ковров, изготовленных

только механизированным способом. Размеры ковров при этом максимально

приближены к размерам отделываемых изделий, а их количество минимально.

Количество цветовых решений - не боле* 2-3-х.

Технология изготовления ковров включает только основной набор операций:

механизированное нанесение слоёв, их сушка, обрезка готовых покрытий под

требуемый размер и их комплектации. Количество и состав оборудования и

приспособлений в этом варианте сведены к минимуму (рисунок 10).

Рисунок 10. Спецна.1 широкаппый участок площадью 144 и1 для механизированного изготовления момоцпстнмх декоративных копров:

1. Бункеры для хранения сыпучих материалов (песка, мраморной муки, декоративной крошки разных цветов и фракций)

2. Емкости для хранения полимера. 3. Места для хранения дополнительных материалов.

4. Смесители для перемешивания компонентов (с дозаторами). 5. Места для складирования дополнительных поддонов.

6. Место для размещения дополнительных съемных бункеров. 7. Стеллаж для хранения готовых ковров. 8. Камера сушки с принудительной вентиляцией. 9. Установка для

нанесения декоративного покрытия. 10. Универсальные стенды для вспомогательных операций.

1 .1

°1°н°1 о

>-ч

5 «1о

ш

■в

7 С=Е

иш, и _

10

10

10

10 10

2. Отделка панелей предполагается из ковров, соединённых при помощи термоклея из фрагментов других ковро» различных цветов и фактуры. Швы могут выполняться как прямыми, так и кривслинейными. В данном варианте все ковры

также изготавливают механизированным способом. Количество цветовых решений может быть увеличено до 5-6.

Дополнительно к основному набору операций добавляются операции по раскрою и склеиванию ковров из отдельных фрагментов. Для них должно быть предусмотрено большее количество соответствующего оборудования и приспособлений.

3. Отделка панелей выполняется из ковров, собираемых из фрагментов других ковров и фиксируемых между собой термоклеевым соединением. Отличие от предыдущего варианта заключается в том, что больн1ую часть ковров изготавливают механизированным способом, а оставшуюся наиболее сложную - ручным. Так, вручную могут изготавливать ковры с изображениями различных архитектурных деталей, ковры с непрерывным изменением цвета (градиентом) и другими сложными композициями. Цветовые решения ограничиваются только ■ характеристиками используемых материалов.

В этом случае количество технологических процессов по сравнению с предыдущим вариантом увеличивается за счет операций по ручному изготовлению ковров. Для их изготовления требуется дополнительное количество стендов и поддонов, определяемое расчетом.

Определены технико-экономические показатели производственного участка по изготовлению декоративных ковров с крошкой: годовая производительность линии составляет около 128100 м2, годовой фонд рабочего времени - 3557 чел/год, удельный расход электроэнергии - 2,43 кВт-ч/м2, трудоемкость производства - 0,44 чел-ч/м2.

Затраты на изготовление 1 м2 ковра (в ценах на февраль-март 2013 г.) следующие: затраты на основные материалы - не более 280,00 руб., затраты на комплектующие изделия - не более 75,00 руб., затраты на электроэнергию - 7,83 руб., основная заработная плата рабочих - 97,58 руб., начисления на заработную плату - 34,74 руб., накладные расходы - 256,25 руб. Таким образом, полная себестоимость 1 м2 отделочного покрытия составляет не более 750 руб.

Экономическая эффективность разработанной технологии изготовления декоративных ковров рассчитывалась на основе сравнения с традиционной отделкой

наружных стеновых панелей - керамической плиткой "под кирпич". Расчет показал, что внедрение данной технологии позволяет получить отделочное покрытие стоимостью не более 750 руб/м2, что в 2 раза дешевле по сравнению с керамической плиткой "под кирпич". При этом необходимо отметить, что разработанный вариант технологии позволяет изготавливать отделку с повышенными декоративными качествами по цвету и фактуре.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны технологии изготовления двух видов декоративных ковров для фасадной отделки зданий с применением различных вяжущих - ковров с крошкой из природных и искусственных материалов на полимерном связующем и полимерцементных ковров на комбинированном вяжущем.

2. Сформулированы архитектурные, физико-механические, конструктивно-технологические, эксплуатационные и экономические требования, предъявляемые к декоративным коврам.

3. Проверены и выбраны различные способы нанесения составов для получения ковров с крошкой и на основании разработанных требований экспериментально осуществлен выбор материалов и подбор составов для изготовления покрытия.

4. Проанализированы конструктивно-технологические характеристики декоративных ковров с крошкой. Ковры, используемые при формовании панелей в едином цикле, должны иметь как минимум три слоя — геотекстиль, уплотняющий и декоративный слои. Коврам, приклеиваемым к готовому фасадному элементу зданий, достаточно иметь два слоя - геотекстиль и непосредственно декоративный слой. Разработаны технологии изготовления декоративных ковров для данных способов их крепления к поверхности.

5. Для механизированного производства декоративных ковров с крошкой разработана формовочная установка со сменными бункерами и поддонами, позволяющая варьировать технологические параметры изготовления ковров.

6. Разработаны конструкция и технология изготовления полимерцементного ковра, армированием которого служат две щелочестойкие сетки с разным размером ячеек. Экспериментально подобран оптимальный расход компонентов, при котором

ковер обладает требуемыми свойствами и характеристиками.

7. Экспериментально определены физико-механические характеристики ковров. Декоративный ковер с крошкой имеет прочность сцепления слоев между собой в пределах 0,43-0,6 МПа. Прочность на растяжение вдоль ковра - не менее 1,86 МПа. Применение ковров с крошкой возможно при температуре выше 10°С, при этом гибкость ковров при 1=20-25°С составляет 11=4-6 см, при ^10-15°С -11=5,5-8,0 см.

Прочность полимер'цементного ковра в перпендикулярном направлении - не менее 1,1 МПа. Прочность на растяжение вдоль ковра - не менее 3,72 МПа. Гибкость ковров при 1=20-25°С составляет 11=6-7 см, при 1=5-10°С -11=7,5-8,5 см.

Доказано, что разработанные декоративные ковры соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

8. Определены параметры технологических процессов механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой и составы смесей для слоев, используя метод математического планирования.

Определены технологические режимы укладки уплотняющего слоя с бездефектной поверхностью при минимальном расходе смеси: скорость нанесения состава - 4,5 см/с; толщина уплотняющего слоя - 2,2-2,5 мм; амплитуда вибрации бункера - 1,0 мм. Оптимальный расход компонентов на 1 м2: песок (фр. 0,14-0,63 мм) - 2,40 кг, мраморная мука (фр. 0-0,14 мм) - 0,84-0,88 кг, акриловый полимер -0,93-0,97 кг.

Определены оптимальные технологические режимы изготовления ' декоративного слоя с бездефектной поверхностью при минимальном расходе смеси: продолжительность перемешивания смеси - 85-90 с, скорость укладки состава - 4,55,0 см/с, толщина декоративного слоя - 3,0-3,5 мм, амплитуда вибрации бункера -1,0 мм. Расход компонентов на 1 м2 при данных режимах: декоративная крошка (фр. 1,5-2,5 мм) -2,73-2,77 кг, акриловый полимер - 1,43-1,47 кг.

9. Разработаны принципы организации специализированных не зависимых от основного производства панелей участков для изготовления декоративных ковров с крошкой мощностью 510-520 м2 и требуемой производственной площадью 120-170 м2. Выявлены три варианта способов отделки плоских фасадных панелей с

применением декоративных ковров. Определено, что в связи с изготовлением ковров различной сложности для их производства требуется разный набор устанавливаемого оборудования.

10. Технико-экономическими расчетами определена себестоимость декоративного ковра с крошкой - не более 750 руб/м2, что в 2 раза дешевле по сравнению с керамической плиткой "под кирпич".

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. * Граник, М.Ю., Григорьева, П.И., Плаксенко, Н.В. Новый вид заводской отделки крупнопанельных зданий / М.Ю. Граник, П.И. Григорьева, Н.В. Плаксенко // Строительные материалы. - 2011.- № 3,- С.24-27.

2. Плаксенко, Н.В., Григорьева, П.И. Перспективные варианты заводской отделки крупнопанельных зданий / Н.В. Плаксенко, П.И. Григорьева // ГОСТ (Галерея Оборудования и Строительных Технологий) - спец. проект аналитического журнала СНИП (Строительство. Недвижимость. Инвестиции. Проекты).- 2011,- №2 - С. 54-55.

3. * Граник, М.Ю., Григорьева, П.И., Плаксенко, Н.В. Механизированное изготовление декоративных ковров для заводской отделки крупнопанельных зданий / М.Ю. Граник, П.И. Григорьева, Н.В. Плаксенко // Строительные материалы. -

2012.- №4. -С. 30-33.

4. * Плаксенко, Н.В. Технологические участки по производству декоративных ковров для отделки крупнопанельных зданий / Н.В. Плаксенко // Жилищное строительство. - 2013.- №3. - С. 46-49.

5. * Пат. 2492302 Российская Федерация. Строительный элемент здания с декоративным армированным слоем / Николаев С.В., Григорьева П.И., Плаксенко Н.В., Граник М.Ю.; заявитель и патентообладатель ОАО "ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)". - №2012111692/03; заявл. 27.03.2012; опубл. 10.09.2013, Бюл. №25,- 6 с.

* Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК

Тираж 60 экз. Отпечатано в типографии ООО «ПОЛИПРИНТ». Москва, Дмитровское шоссе 9, строение 3.

Открытое акционерное общество "Центральный научно- исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий"

На правах рукописи

04201363971

Плаксенко Надежда Владимировна

«Технология изготовления декоративных ковров для отделки фасадов зданий»

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н. Л.П. Нагрузова

Москва-2013

Содержание

Введение......................................................................................... 5

Глава 1. Анализ видов отделки фасадных элементов зданий............. 12

1.1. Существующие виды отделки фасадных элементов

зданий.............................................................................................. 12

1.2. Существующие виды отделки фасадных элементов зданий декоративными коврами............................................................... 26

1.3. Перспективные виды отделки фасадной поверхности декоративными коврами и требования, предъявляемые к ним 41

1.4. Выводы........................................................................................... 47

Глава 2. Разработка конструктивно-технологических решений и

исследование физико-механических характеристик декоративных ковров................................................................. 48

2.1. Материалы, используемые для изготовления декоративных ковров.............................................................................................. 48

2.1.1. Декоративный ковер с крошкой из природных и искусственных материалов на геотекстиле................................. 48

2.1.2. Полимерцементный ковер на основе сеток....................... 52

2.2. Конструктивно-технологические решения декоративных ковров.............................................................................................. 53

2.3. Определение технологических характеристик смесей и физико-механических характеристик декоративных ковров.... 56

2.3.1. Декоративный ковер с крошкой из природных и искусственных материалов на геотекстиле................................. 56

2.3.2. Полимерцементный ковер на основе сеток....................... 72

2.4. Выводы........................................................................................... 78

Глава 3. Разработка технологии изготовления декоративных

ковров............................................................................................. 80

3.1. Технология изготовления декоративных ковров с крошкой из природных и искусственных материалов на геотекстиле......... 80

3.2. Технология изготовления полимерцементных ковров на

основе сеток.................................................................................... 87

3.3. Оптимизация технологических параметров механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой.......................................................................................... 91

3.4. Выводы........................................................................................... 105

Глава 4. Разработка принципов организации и технологии

изготовления декоративных ковров с крошкой на

специализированных производственных участках и

оценка их эффективности.......................................................... 107

4.1. Принципы организации производственных участков для изготовления декоративных ковров............................................. 107

4.2. Варианты производственных участков по изготовлению декоративных ковров..................................................................... 110

4.2.1. Специализированные производственные участки для механизированного изготовления моноцветных декоративных ковров..................................................................... 111

4.2.2. Специализированные производственные участки для механизированного изготовления составных декоративных ковров.............................................................................................. 117

4.2.3. Специализированные производственные участки для изготовления составных декоративных ковров с мозаичными элементами..................................................................................... 120

4.3. Экономический анализ и эффективность производства декоративных ковров на специализированных участках.......... 123

4.4. Выводы........................................................................................... 129

Основные выводы......................................................................................... 130

Список использованной литературы......................................................... 133

Приложение 1. Подбор состава для уплотняющего слоя........................... 145

Приложение 2. Результаты исследований по определению

продолжительности высыхания декоративных ковров с крошкой............. 151

Приложение 3. Расчет полного факторного эксперимента для

уплотняющего слоя.......................................................................................... 154

Приложение 4. Расчет полного факторного эксперимента для декоративного слоя.......................................................................................... 161

Введение

Объем ввода жилья в 2012 году составил 65,2 млн. м . И хотя это на 4,7% больше, чем было построено в 2011 году [1], однако существенно меньше, чем строилось в 1986-1987 годы - около 78 млн. м2 [2]. В соответствии с национальным проектом «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» и федеральной целевой программой «Жилище» на 2011-2015 годы и 2016-2020 годы

годовой объем ввода жилья к 2015 году должен достигнуть 71 млн. м2, к 2017

2 2 году - 79 млн. м , к 2020 году - 92 млн. м общей площади жилья [3,4]. Комплекс

мероприятий, представленных в программе, направлен на повышение

доступности жилья для граждан России путем массового строительства жилых

домов экономкласса [5].

Особое место в отечественной строительной отрасли в течение последних десятилетий ХХ-го века занимало индустриальное домостроение, которое играло доминирующую роль в социальном и жилищном строительстве. Население с денежными доходами менее или около прожиточного минимума не сможет самостоятельно решить жилищную проблему даже при частичной поддержке государства и будет нуждаться в предоставлении именно социального жилья. Такого населения в среднем по России - 40%, а, например, в Ленинградской и Новосибирской областях - 60% [6].

В конце прошлого столетия увеличилась доля индивидуального жилья, что привело к резкому снижению мощностей крупнопанельного домостроения. Так, доля крупнопанельных домов в общем объеме ввода жилья в 1998 году сократилась до 23 % против 43 % в 1993 году [7], а в 2004-2007 гг. составила 22% [8].

Предполагается, что к 2015 году доля крупнопанельного домостроения в объеме жилищного строительства возрастет до 60% [9]. Без сборного, панельного домостроения ни одна страна в Европе, а теперь и в Азии, например Китай, не решают в настоящее время задачу массового жилищного строительства [10]. По сравнению с кирпичным и монолитным домостроением строительство

крупнопанельных домов имеет ряд преимуществ: в 1,5-2 раза уменьшение сроков возведения домов и на 30-40% меньшая себестоимость строительства [11]. При этом крупнопанельные жилые дома позволяют обеспечить потребности различных социальных слоев населения [12].

Развитие полносборного домостроения направлено на повышение комфортности проживания, энергоэффективности и эксплуатационной надежности зданий, а также эстетической привлекательности и многовариантности решений фасадов жилой застройки. Однако с его развитием для многих жилых массивов, строящихся по типовым проектам, становятся характерными монотонность и однообразие. В этих условиях большое значение приобретает качество фасадной отделки зданий.

Рост крупнопанельного домостроения связан с пересмотром способов фасадной отделки зданий. В связи с сезонностью фасадных работ и в целях индустриализации процессов отделки большинство отделочных операций со строительной площадки следует перенести в заводские цеха, где есть возможность не только механизировать производство работ и выполнять их круглогодично, но и расширить ассортимент материалов, обладающих хорошими декоративными качествами и долговечностью.

Отделка фасадных поверхностей элементов зданий, выполняемая в заводских условиях, позволяет снизить их стоимость и повышает качество отделочных слоёв за счет применения новых способов по механизации нанесения и крепления отделочных материалов, повышения их стойкости к режимам тепловлажностной обработки.

Проблеме совершенствования заводской технологии отделки элементов

/

зданий посвящены работы многих исследователей в области полносборного домостроения. В последние десятилетия учеными создана широкая номенклатура декоративно-облицовочных материалов. Отделкой листовыми материалами занимались такие ученые, как Катанов Д.Д., Семенов A.A. [13, 14]. Декоративно-облицовочные стеклокристаллические материалы на основе вторичного сырья разрабатывали Елагина М.А., Болотова J1.H., Мизандронцева Н.И., Щеглова М.Д.,

Суслова Е.П., Федорова JI.B., Данисюк И.А. [15-18]. Опыт получения и применения зернистых покрытий изложен в трудах Анцуповой С.Г., Белоусова Е.Д., Гонтарь Ю.В., Когана Г.С., Севериновой Г.В., Ярошевского JI.M. [19-24]. Работы Лисицына Ю.В., Цимерманиса Ф.Х., Максименко Л.П. посвящены отделке из плиточных материалов [25,26]. Труды Граника Ю.Г., Мамаева Г.А., Мануйлова H.H., Нагрузовой Л.П., Процерова A.B., Самойловича В.В., Скуратенко E.H., Щепочкиной Ю.А. [27-35] и др., а также исследования, проведенные в ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)» (далее - ЦНИИЭП жилища), ОАО "НИЦ "Строительство" и других организациях, позволили внедрить достаточно эффективные способы индустриальной декоративной отделки изделий крупнопанельного домостроения.

В настоящее время является актуальной проблема получения покрытий для отделки фасадных элементов, сочетающих высокие декоративные и эксплуатационные качества с относительно низкой стоимостью. В связи с этим в ЦНИИЭП жилища в лаборатории технологий декоративных и модифицированных бетонов с участием автора выполнялись исследования по созданию новых видов заводской наружной отделки, которые представляют собой декоративные ковры -покрытия с применением крошки из природных и искусственных материалов, полимерного вяжущего и основы в виде геотекстиля, а также полимерцементные ковры на основе сеток.

В работе выдвинута гипотеза, что за счет применения декоративных ковров и совершенствования технологии их изготовления можно повысить качество и разнообразие отделки, снизить ее себестоимость, использовать данную технологию для отделки фасадных поверхностей как на заводах крупнопанельного домостроения, так и в построечных условиях для жилых, промышленных и общественных зданий, а также при реконструкции зданий и сооружений.

Цель работы состоит в разработке и научном обосновании технологии изготовления механизированным способом высококачественной наружной отделки в виде декоративных ковров с применением специализированного

оборудования для облицовки фасадных элементов зданий, включая анализ и разработку конструктивно-технологических вариантов покрытий с учетом способа их крепления.

В работе решались следующие задачи:

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта применения различных видов отделки фасадных элементов зданий.

2. Исследование и выбор рациональной технологии для высокопроизводительного изготовления отделочных покрытий.

3. Разработка конструктивно-технологических решений декоративных ковров.

4. Обоснование технологических требований и эффективных режимов процесса механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой и создание опытно-промышленной установки по производству покрытий.

5. Подбор оптимальных параметров механизированного нанесения слоёв в зависимости от характеристик используемых материалов.

6. Разработка принципиальных схем производственных участков для изготовления декоративных ковров с крошкой.

Область исследования - технология отделки фасадов зданий и сооружений.

Объектом исследования является технология изготовления декоративных ковров на основе полимерцементной композиции и полимерных композиций с крошкой из природных и искусственных материалов.

Предмет исследования — определение оптимальных технологических параметров механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой, а также физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий.

Границы исследования - изготовление декоративных ковров для заводской отделки фасадных элементов зданий, для индивидуального строительства, для облицовки интерьеров, а также при реконструкции зданий и сооружений.

Методика работы основана на проведении аналитических, расчетных и

экспериментальных исследований, включающих:

аналитическое обобщение литературных источников, включая нормативную базу;

- лабораторные эксперименты на мелкоразмерных образцах;

- опытные исследования на специализированной установке с применением математического планирования экспериментов;

- исследование физико-механических характеристик декоративных ковров и составляющих их материалов;

- экспериментальное проведение отделки натурных образцов фасадных панелей декоративными коврами.

Достоверность полученных результатов основана на проведении комплекса лабораторных и производственных исследований декоративных ковров с применением методов математического планирования экспериментов и проверкой их результатов на натурных образцах железобетонных изделий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Проанализированы и сформулированы требования, предъявляемые к декоративным ковровым покрытиям: архитектурные, физико-механические, конструктивно-технологические, эксплуатационные и экономические.

2. Обоснованы технологические возможности получения высококачественных декоративных покрытий на разработанной специализированной установке.

3. Определены конструктивно-технологические решения ковровых покрытий в зависимости от способа их крепления.

4. Изучены и установлены технологические параметры механизированного изготовления декоративных ковров с крошкой, а также выявлены наиболее значимые из них.

5. В результате исследования сформулированы основные принципы организации производства по изготовлению различных вариантов декоративных ковров с крошкой на специализированных производственных участках для соответствующих способов их применения.

На защиту выносятся основные научные положения:

1. Конструктивно-технологические решения декоративных ковров с разным количеством слоёв в зависимости от способа крепления ковров.

2. Технология получения высококачественных декоративных покрытий на разработанном специализированном оборудовании.

3. Принципы организации технологических участков по производству декоративных ковров с крошкой для различных способов их применения.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Созданы технологии изготовления декоративных ковровых покрытий для отделки фасадных элементов зданий с применением как природных, так и искусственных материалов, которые позволяют обеспечить высокое качество облицовки, использовать декоративные ковры для заводской отделки фасадных элементов и в построечных условиях.

2. Определены оптимальные физико-механические характеристики ковровых покрытий для эксплуатации их в составе фасадных элементов зданий.

3. Разработана специализированная формовочная установка для нанесения слоёв декоративного ковра с крошкой и рекомендованы ее оптимальные технологические параметры.

4. Предложены технологические схемы изготовления декоративных ковров с крошкой на специализированных участках в составе производственных линий.

5. Результаты работы в дальнейшем могут быть использованы для разработки технологического регламента на изготовление декоративных ковров с крошкой на специализированных производственных участках.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации изложены автором в докладах, выступлениях и в материалах республиканских и международных научно-практических конференций: Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационное развитие, модернизация и реконструкция объектов ЖКХ в современных условиях» (Республика Хакасия, г. Абакан, 2010 г.); I Международной научно-практической конференции «Модернизация крупнопанельного домостроения - локомотив строительства

жилья экономического класса» (г. Москва, 2011 г.); II Международной научно-практической конференции «Возрождение крупнопанельного домостроения в России» (г. Москва, 2012 г.).

Публикации. Основные результаты проведенной работы опубликованы в 12 печатных трудах, из них 4 по теме диссертационной работы, в том числе 4 - в научных изданиях, соответствующих перечню, указанному в положении о порядке присуждения ученых степеней, включая один патент на изобретение.

Внедрение результатов. В ЦНИИЭП жилища в лаборатории технологий декоративных и модифицированных бетонов было изготовлено 6 декоративных ковров с крошкой, которые использовались в дальнейшем при производстве опытной партии - 3-х панелей ограждения лоджий (ОЛ-4) серии ГМС 2001, изготовленных на Перовском комбинате строительных материалов, находящихся в настоящее время в качестве выставочных образцов на Бескудниковском комбинате строительных материалов (г. Москва).

Научно-производственной компанией "Фарболат" на опытно-промышленной установке, спроектированной в ЦНИИЭП жилища, была изгото