автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология изготовления элементов зданий из декоративных бетонов (для условий Ливана)

о О р Я

МОСКОВСКИЙ' ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИШЕЕРНО-СТРСМШЬШЙ ИНСТИТУТ им. В.В. ^ЙЕЫШЕЕА

О

На правах рукописи

шм тал шшь

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ ИЗ ДЕКОРАТИВНЫХ БЕТОНОВ (ДМ УСЛОВИЙ ЛИВАНА.)

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат дисоертации на соискание ученой отепени кандидата технических наук

Москва - 19Э1

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Краоного Знамени инженерно-строительном институте им. В.В. Куйбышева

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

БЛЙЕНОВ Ю.М.

Официаиные оппоненты: доктор технических наук, профеооор . МАГДЕЕВ У.Х.

Кандидат технических надк, доцент ПСПОВ К.Н.

Ведущая организация - НПО Мосстройпрогресо

ор

Защита соотоигоя " Я " // 1991 г. в / / чаоов на заседании специализированного совета К 053.11.02 в Московском инженерно-строительном институте им. В.В. Куйбышева по адресу: 123114, Москва, Шлюзовая набережная, 8, аудитория И I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инотитута.

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шосое, д. 26, ¡ШСИ им. В.В. Куйбышева, ученый совет.

Автореферат разослан " Я " /О 1991 г. № ^¡Ь 7-122

Ученый секретарь сиешализированного совета

Б.А. ЕФИМОВ

умкгмяц - 3 -

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

зльнооть работы. Важнейшими народнохозяйственными зада-

чами являются рациональное расходование денежных средств и ма-териально-тихнических ресуроов, повышение качества, снижение стоимости и сокращение сроков строительства. Основным направлением решения этих задач является непрерывное совершенствование технологии п организации строительства, превращение строительного производства в единый процесс возведения зданий я сооружений из комплектов' деталей в конструкций заводокого изготовления.

В общем, гак на Ближнем Бостоне, так-и в Ливане ото}гству-ет материально-техническая база сборного строительства. Главную и принципиальную роль в строительстве играют маленыс,"п частные фирмы, где доминирует монолитное строительство. Конструктивные схемн большинства строящихся зданий и сооружений - карказнке, нарупше стены и перегородки изготовляют из мэлкоразыерчых многопустотных батокких блоков. Наружная отделка стен выполняется вручную посла завершения процесса их возведения. Разработка _ех-нологии одностадийного формовашя бетонных блоков с (][акгурно-защатакм слоем с использованием более дешевых строительных материалов и получением соответствующих соотавов бетона - актуальность данной" научной работы.

Пели настоящей работы - выяснение технологических особенностей получения на портландцементе бетонных (многопустотных) оло-кое о фактурно-защитноЗ лицевой поверхностью я разработка технологии получения изделпй с использованием в качестве наполнителей барханного песка и отсева отходов камнедроблелия карбонатных пород.

Основные задачи диссертационной работы:

- разработка конструкции многопустотного двухслойного стенового блока о фактурно-защитным олоем;

- изучение технологических особенностей производства многопустотных бетонных блоков и разработка технологии их одностявдй-ного формования о фактурно-защитным олоем;

- последов<Уие комплексного Елгякяя х;-,к;г;сг,кггл добавок и минеральных наполнителей на свойства бетонных смесей дал одностадийного формования блока о немедленной его раополубкой;

- оптимизация составов оонорного (базового) и фчгстурно-защитного слон бетона а пцЛор оптпмялььнх. вариантов, .удовлетворяю-

1цих требованиям предлагаемой технологии;

- иооледов:чие влияния условий формования на качество лицевой поверхности стенового блока';

- исследование условий немедленной распалубки бетонных блоков в зависимости от структурно.; вязкости смесей.

Практическая значимость работы: .

- разработана конструкция многопустотного двухслойного бетонного стенового блока о фактурно-защктным олоем;

- предложена технология формования многопустотных бетонных блоков о фактурло-защдтным слосы о лемедленной распалубкой изделия, которая выдержала производственную проверку при изготовлении партии стеновых блоков объемом 4500 итук в Ливане;

- получены соответствующие составы бетона о использованием химических добавок и минеральных наполнителей.

Научная новизна диссертационной работы:

- выявлены с помощью методов математического моделирования зависимости реологических и технологических свойотв бетонных смесей, а также прочностные свойства бетонов от главных факторов и оптимизации составов бетонов для технологии формования многопустотных двухслойных стеновых блоков о фактурно-защитным олоем, позволяющей сократить затраты на отделку зданий;

- установлены завиоипоти влияния микронаполнителей и хими-чеоких добавок на структурную рчзкооть бетонных смесей и прочность бетонов для технологии двухслойных блоков с немедленной распалубкой;

- обоснована с помощью математической обработки данных на ЗШ оптимальная величина усилия пригруза при формовании многопустотных отеновых блоков.

Автор защищает:

- результаты исследования по комплексному влиянию микронаполнителей (барханного песка, отсева камнедробления), а такке сунерпластифпкатора 0-3 и воздухововлекагацей добавки СДО на реологические и технологичеояие свойства бетонных смеоей с низким раоходон цемента и на физико-технические свойотва бетона для прг>из1>одстла изделий для малоэтажного строительства;

- результаты исследования по оптимизации составов бетонов аоноиного и .¡актурно-заиитного слоя в зависимости от главных факторов;

- результаты исследований по определении оптимальных пара-

метров формования многопустотных стеновых блоков о фшстурно-за-щитнцм слоем.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 странипах машинописного текста, в том числе 19 таблиц па 16 листах и 59 рисунков на 46 листах и включает: введение, 6 глав, выводы, описок литературы из 86 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

Во введении обоонована актуальность проблемы, а также научная новизна, определены основные задача научной работы и ее практическое значение.

В первой главе изложены следующие вопросы: применение декоративных бетонов, особенность их формования и получения, отделка наружных поверхностей зданий в Ливане и за рубежом, вопроси касающиеся использования различных минеральных и химических добавок в технологии батона и, в частности, известняковых отсевов камнедробления и барханных песков, оуперплаотифиьатора С-3 и воз-духововлекавдей добавка СДО.

Анализ литературных данных покаглвает, что отделка поверхностей классифицируется по следующим прианакам:

- условиям и времени нанесения декоративных покрытий;

- вид; применяемых материалов;

- характеру образуемой поверхности;

- цвету отделочного покрытия;

- принимаемой технологии изготовления.

В уоловиях заводского производства отделочные покрытия целесообразно выполнять в процессе формования изделия, что обеспечивает высокую прочность сцепления о отделываемыми поверхностями, онижает стоимость и трудоемкость технологических операций, повышает качество и долговечность изделия.

В предлагаемой технологии совместного формоваии;. диух слоев (основного и фактурно-защитного) бетонного блока о последую--, щей его немедленной распалубкой необходимо применений жестких бетонных смесей (й = 20*25 о. по стандартному шскозимктру), имп-щих достаточную структурную вязкооть для осуществления иемр.алрн ной распалубки изделия.

Для выявления оснояннх технологических ооо^рнноотнй фор^о-

.зания многопустотных бетонных блоков с фактурно-заиштным слоем спроектирована и изготовлена специальная металлическая форма, где учтены возможные варианты технологии производства блоков.

Немедленная распалубка изделия сразу после его формования без выдержки и тепловлажностной обработки обусловливает определенные реологические и технологические свойстра бетонной смеои. Уплотняемость, однородность, первоначальная прочность и жесткость бетонной смеси оказывают существенное воздействие ка технологический процесс производства и на овойотва конечной продув

нии.

Для того, чтобы незатвердевшая бетонная смесь сохранила за данную ей форму, она после распалубки должна иметь помимо жесткости и определенную связанность вследствие наличия сил взаимодействия йежду дисперсными частицами твердой фазы й воды. Расхс роды определяет объем а строение жидкой фазы и развитие сил сце ления, характеризующих связанность и подвижность"всей системы. Пленки тидкои фазы создают непрерывную пространственную сетку е структуре ц-ментнсго теста. Прочность этой структуры зависит от концентрации твердой фазы в водной суспензии. С другой стороны, бетонна" смесь обладает необходимой удобоукладываемостью только при содержании в ней достаточного количества цемента. Уменьшение количества цемента до минимальных значений повышает опасное расслоения бетонной смесч. Минимальный расход цемента при предельной крупности заполнителя до 10 мм для жеотких смесей (Л = 20 с. по стандартному вискозиметру) 160 кг/м3, но по услов ям прочности для данной конструкции требуетоя низкопрочный бете поэтому оказалось, что можно уменьшить указанный предел расхода цемента. Тогда возникает проблема резкого уменьшения количества цементного теста, что отрицательно сказывается на связности, пс рпотооти и соответственно прочности конечной продукции.

D связи о этим била выдвинута рабочая гипотеза о комплексном влиянии микронаполнителей и химических добавок на структур-пущ 1-язкость бетонной сглесч, позволяющей формовать и немедаеннс произгодоть распалубку двухслойных многопустотных отеновых бете fijjx блоиоп о заданными свойствами. , ' . . ■

вопрос о возможности и целесообразности.введения в омаоь рп ,'личчнх пчертних и активных'минеральных наполнителей рассмат; олл'и многие советские и зарубежные ученые: Белелвбский H.A., Вудникор U.U., Пекрич 1.1.И., Юнг D.H., Кюль Г., Лидере П., Кинд я.урчкюи В.у., Запорожец 11.Д., Настоперов С.В., Пантелеев Д.С.,

Ксшбасов В.М. и др.

Для увеличения количества тонкодисперсной фазы в ооотаве бетонной смеси при низких расходах цемента, увеличения плотности и прочноот.™ бетона, коэффициента раздвижки зерен, что неооходи-ыо для бетонирования тонкостенных конструкций, было предложено ввести в бетонную смесь в качестве микронаполнителя оарханние пески.

При этом возникла необходимость исследования свойств бетонной смеои и зависимости формования поверхности от кесткости бетонных смесей, оптимизации состава бетонов и получения оптимальных ооотавов, позволяющих производить немедленную распалубку блока при минимальной продолжительности вибрирования при формовании изделия, получения качественной бетонной поверхности, минимального усилия оцепления с металлической формой, максимального сцепления двух разных по составам слоев бетона.

Во второй главе приведены характеристики использоьашшх материалов и методы исследования. Были' использованы материалы, близкие по своим характеристикам к материалам, применяемы?* в о троительс тве в Ливане;

- портландцемент Ы400 Шхайловокого завода;

- известняковый щебень Бутырской базы крупностью 3-10 мм;

- строительный песок Очаковской базы с модулем крупноста Мкр-2,5+2,7;

- барханные пески Захметского месторождения; удельная поверхность - 490 см2/г;

- отоев камнедробления карбонатных пород крупностью до 2,5 мм; Ыкр - 2,75;

- суперпластификатор С-3;

- воздухововлекающая добавка СДО.

Были использованы стандартные методы определения свойств бе тонной смеси, а также сконструированы и применены два прибора -первый для косвенного определения структурной вязкости бетонной смеси, основанного на вычислении усилия выдергивания стержня из бетонной смеси; второй - для определения формуьмоитн. поверхности бетонной смеои по времени при визуальном нэблюденич за ней ' через пластинку из органического стекла с целью получения п^вррк-ности хорошего качества.

В третьей главе описано исследования свойств бетонных смесей я бетонов основного и фллтурпо-зпиитяого олпвр бетонного ¿»потопу ототного блока.

Для бетонирования тонкостенных конструкций и изделий предпочтительно пригзнять мелкозернистые бетоны, для которых характерно высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы. Тем не менее, в условиях предлагаемой технологии отеновых блоков, при которой расход цемента не превышает 150 кг на I м3 бетона (т.е. ниже предусматриваемого нормами) в предположении, что этот бетон будет совместно работать о фактурным слоем бетона, одним из путей решения этой задачи, на наш взгляд, является использование наполнителя в Еиде барханного песка в комплексе с воздухововлекавдей добавкой, что опособотвует улучшению связности бетонной смеои, а также введение такого количества тебаг, которое приводит к улучшению некоторых свойств бетона, таких, как увеличение модуля упругости, уменьшение деформаций ползучести и уоадки, что повышает деформативные характеристики основного несущего бетона и уменьшает конструктивные деформации в переходном олое между несущим бетоном и фактурным слоем.

В данной работе при изучении свойств бетонной смеси и бетонов в зависимости от свойств его компонентов исходили из конкретных требований технологии изготовления блоков, а именно: низкий расход цемента, определенная кеоткость бетонной смеои, позволяющая производить немедленную распалубку изделия (свежеприготовленного блока) с минимизацией времени на вибрацию и уплотнение бетонной смеои, обеспечение требуемой прочности и экономич-нооти бетона, при замене дорогостоящего заполнителя природным барханшм песком.

Таким образом, задача по исследованию свойств бетонной смеси и бетонов сЕодалаоь к изучению свойств свежеприготовленной бетонной смеси и бетона с заданными структурными характеристиками. •

Ввиду малол нагрузки, приходящейся на бетонный блок при ■ каркасном или малоэтажном строительстве, когда эта нагрузка не превышает 10 МПа, не требуется получать бетон высокой прочности. Поэтому предполагается возможное существенное уменьшение расхода цемента. С другой стороны, предварительные опыты показали, что при снижении расхода цемента ниже 100 кг на м3 бетонная смесь теряет связность и пластичность. Были проведены предварительные испытания девяти серий образцов с целью построения обобщенных зависимостей влияния отдельных факторов на свойства бетонной смеси и бстонол, ripu этом изменяли расход цемента в интервале от

125 до 175 кг/м3 и значение Еодоцементного отношения от I до 1,3. Анализ данных показал, что при указанных расходах цемента можно получить связную бетонную смесь с достаточной начальной структурной вязкоотью, необходимой для обеспечения требуемой технологии формования и распалубки изделия. Область значений жесткости бетонной смеси смещена в основном в сторону величины меньшей, чем требуется по условиям технологии ('1 - 20-25 е.). Что яе касается прочности бетона, то она возрастает даже при увеличении водоцементного отношения до 1,2 при расходе цемента 125 кг на I м3 бетонной емзои, а дальнейшее увеличение расхода цемента и водоцементного отношения приводит к снижению прочности бетона.

В результатах исследований ряда ученых отмечено, что введение в состав бетонной смеси микронаполнителя в виде барханного песка как заменителя части цемента, так и наполнителя, не приводит в основном к снижению прочности бетона, а в некоторих случаях способствует ее повышению. Нами были проведены предварительные опыты с использованием барханного пеока, взятого в количестве от 0 до 10$ в равных процентных содержаниях от расхода щебня и кварцевого песка. Как показали исследования, влияние количества вводимого барханного песка на жесткость бетонной смеси не такое значительное, как изменение расхода цемента (в пределах от 100 до 150 кг/м3). Что яе касается прочности бетона, то она увеличивается по мере увеличения содержания барханного песка в бетоне (при расходах цемента 125 и 150 кг на I м3).

Для того, чтобы введение барханного песка в состав бетонной смеси не приводило к существенному увеличению ее жесткости, на наш взгляд, целесообразно использование воздухововлекающей добавки для пластификации незначительного количества цементного тео-та и равномерного распределения воздуха, присутствующего в смеси при создании структуры о замкну mm порами. В исследованиях использовали добавку СДО, которую вводила в количестве 0,25$ от массы цемента при его расходе 125 кг/м3. Как следует из экспериментальных данных, увеличение расхода барханного песка при введении добавки СДО в бетонной смеси не приводит к существенному увеличению жесткости бетонной смеси. При этом не наблюдаете! снижения прочности бетона, что объясняется не увеличением общей пористости, а более равномерным распределением замкнутых пор по о(5ьему.

Технологические режимы формования изделия предъявляют особые требования к реологическим овойствам бетонной смеои, а именно: бетонная смесь должна обладать' высокой связностью, плотностью и прочностью начальной структуры (после укладки и уплотнения), что позволило бы производить немедленную распалубку изделия. Имитацию этого процесса предполагалось ооущеотвить о применением определенного прибора, показания которого, на наш взгляд, могут служить оценкой структурной вязкости бетонной смеси. Показания прибора представляли собой величины уоилий выдергивания (в кг) из уплотненной бетонной смеои отерня о приваренными к нему двумя короткими арматурными стержнями.

Для комплексной оценка совместного влияния расхода цемента, водокемегтного отношения, содержания барханного necia в омеси . заполнителей на свойства бетонных смесей и бетонов использовали теорию планирования эксперимента.

На основе предварительно проведенных опытов и рассувдений приняли следующие основные факторы, определяющие реологические и технологические свойства бетонной оыеси: расход цемента, водо-пементное отношение и процентное содержание барханного песка, заменяющего часть заполнителя, так как количественные значения ртих трех факторов и определяют плаотичнооть, вязкость, жеот-кооть и удобоукладнваемооть бетонной смеси и прочность бетона.

Вал приняты следующие уров"И варьирования факторов: Xj = (расход цемента) = 100; 125; 150 кг; ^ = (водоцемептное отношение) » 1,1; 1,2; 1,3; Х^ = (доля барханного песка) = - 0,001; Ю; Ш.

Ü результате статистической обработки экспериментальных дан-инх получены адекватные модели, отражающие зависимости жесткоо-ти, структурной вязкости (силы отрыва) бетонной смеси, прочности un сжатие беточя от принятых факторов.

Эти модели чосле исключения незначимых коэффициентов регрео-оии пк°ют следующий вид:

Ж = 330£>,55 - 31,054 lL - 2966,91 Jig + 30,0618 Xg + 4 0,009 xf + 670,77G + 0,145 + 9,9865 Ifo -

- 0,09698 XjX3 - 15,2497 Х^;

(I.I)

Одновременное формование двух слоев бетонов осуществляется о использованием разделительной пластинки непосредственно в спецформе (опалубке) о размерами 400x150x200 мм.

Схематично представить процесс заполнения спецформы основным и фактурным бетонным слоями можно следующим образом:

I) заполнение (формы бетонной смесыо до отказа, налипал о фактурного;

■ 2) включение вибратора;

3) через 4-5 с. дальнейшее заполнение формы до отказа по такой же схеме с одновременным подъемом разделительной пластинки на 1001-120 мм;, через 4-5 с. повторить ту же операцию, после чего вынуть разделительную пластинку.

После того, как разделительная пластинка вынимается, в работу включается пригруз.

Выбор оптимальной величины дригрузо определялся с помощью ЭВМ по специально составленной для этой цели программе. При этой изучалось напряженно-деформированное состояние в столбе уплотняемой бетонной смеси. Данный расчет показал, что для тооткостп бетонной смеся I = 20-25 с. и выооты изделия 200 мм оптимальный пригруз, обеспечивающий однородность деформации но высоте изделия, находитоя в пределах 44-600 г/см2.

Совместное формование основного и фзкгурно-зяшитного слоен исключает концентрацию напряжений в переходном слое, обеспечивает хорошую адгезию бетонов, к тому же несущая способность блока в палом обеспечивается неоущей способностью только оонорного слоя бетона, а прочность бетона в переходном олоо будет пито, чом .у основного.

В шестой главе при не леи расчет техшко-экономтеогсоП ТИ7ЧЮОТИ применения резуллгптоп исследогятШ. ^гсономич'-оиий эффект достигается б основном за омег значительного сокроиюннн затрат на отделку фрсядон элит Я, а тшсто п результат.. :>коиогяш цемента и использования моотинх дегоепнх заполнителеИ.

9гсо||ммичроки|'1 г>|фг!Кт сострил долл.1рпг>'аа гпяднЛ нро-

ипродимнй м'' бптопон.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. .Впервые показана возможность производства многопустотных стеновых блоков из бетона класса В 7,5 с фактурно-заштным , слоем при одностадийном формовании с немедленной распалубкой.

2. В работе использованы для основного слоя блока барханные пес.си в виде наполнителя и создухововлекающая добавка СДО, которые оказывают полифункциональное действие на формирование начальной структуры бетонной смеси и бетона при низких расходах портландцемента. Для фактурно-защигного слоя предложено использование цементов о пигментами, отсевов камнедробления известняковых пород и введение суперплас тификатора С-3 для получения требуемых сеойотв бетонной смеси и бетона.

3. Для исследования структурной вязкости бетонной смеои предложена методика и прибор определения усилия вдергивания стержня из бетонной смеои. Наряду со стандартным методом определения удобоукладаваеыостя бетонной смеои .применялся метод, позволяющий также характеризовать качество свеаеотформованноЕ поверхности изделия.

4. Экспериментально показано, чтэ в условиях технолог»;^ немедленной распалубки стеновых блоков, при которой расход цемента составляет 125 кг/ыэ, введение барханного песка в виде наполнителя совместно о воздухововлекаодей добавкой СДО способствует улучшении связности бетонной смеси и приданию необходимой структурной вязкости. При этом выдвинута гипотеза о комплексном влиянии ыикронаполнителей и химических добавок на структурную вязкость бетонной смеои, позволяющей формовать и производить немедленную распалубку многопустотных отеновых блоков с заданными свойствами, что подтверждено результатами исследований. Установлены зависимости влияния содержания барханного песка и добавки СДО на структурную вязкость, удобоукладываемость бетонной смеси и прочность бетона.

5. С помощью метода ыагеыйтичеокой статистики и планирована экспериментов и их обработки на ЭВМ подобраны оптимальные ооота-вы бетона основного слоя блока. Установлено, что оптимальные соотношения компонентой бетонной смеси позволяют получить блок из бетона класса В 7,5 с расходом цемента 125 кг/м3.

6. При использовании методов штематичеокой статистики в иланиротшп экспериментов и их обработке на ЭВМ подобраны оптимальные составы фактурно-зяштюго олол бетона для стенового бл<

ка, обеспечивающие его заданные свойства. .Установлены зависимости структурной вязкости, удобоукладнваемости,бетонной смеои и прочнооти бетона от исоледуемых факторов.

7. Экспериментально установлено, что для осуществления немедленной распалубки двухслойного блока, изготавливаемого по предложенной технологии, оптимальная структурная вязкость бетонной смеои обоих слоев находится в пределах 7...9 кг.

• 8. Исследования атмосферостойкооти фактурно-защитного слоя блока показали, что при 75 циклах попеременного увлажнения и высушивания сброса прочнооти не происходит. Коэффициент стойкости находитоя в пределах 0,96...1,03, что выше нормативного значения.

9. На основании проведенных исследований разработана технология изготовления многопуототных стеновых блоков о фактурно-эащитнш слоем. Экспериментально установлены технологические параметры. С помощью математической обраб*. гки данных на ЭВМ обоо-яована минимальная величина уоилия пригруза при формовании блоков, она ооотавляет 44 г/см2.

10. По разработанной технологии в производственных условиях в Ливане была выпущена опытная партия многопуототных стеновых блоков о факту рно-заиитным слоем в количестве 4500 штук.

При этом установлено, что экономический, эффект от разрябо-танной технологии стеновых блоков о фактурно-зенштным слоем составляет 32,18 доллара/мэ.