автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Ускорение твердения монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах

ПЕТРОВ Сергей Демидович

На правах рукописи

УСКОРЕНИЕ ТВЕРДЕНИЯ МОНОЛИТНОГО ПЕНОБЕТОНА ПРИ ПОНИЖЕННЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена на кафедре «Инженерная химия и естествознание»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университете путей сообщения»

Научный руководитель -Кандидат технических наук ХИТРОВ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник БОРОВИКОВ СЛАВИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Защита состоится 30 июня 2005г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.01 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: Санкт-Петербург, Московский пр. д. 9, аудитория 3-237

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС Автореферат разослан 30 мая 2005г. Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

ПУХАРЕНКО ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр 26 Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации

доктор технических наук, профессор

9&Ч

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В настоящее время на Российском строительном рынке применение монолитного пенобетона получает все большее распространение. В тоже время, накопление опыта строительства с применением монолитного пенобетона и увеличение объемов его укладки сдерживает сезонность применения.

Материалы ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые» и СН 277-80 «Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона» в основном сориентированы на производство в заводских условиях, и на момент постановки работы, не дают рекомендаций для зимнего применения монолитного пенобетона в условиях строительной площадки.

В тоже время в условиях России, страны с нежарким климатом, рекомендации по-зимнему пенобетонированию остро востребованы. Решению проблем ускоренного твердения пенобетона при пониженных и отрицательных температурах посвящена данная работа.

Цель работы состояла в ускорении твердения монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие

1. обосновать возможность укладки монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах методами ускоренного твердения, с учетом природы пен;

2. выяснить особенности применения существующих методик зимнего бетонирования для ускорения твердения монолитного пенобетона при низких температурах;

3. определить свойства пенобетона и разработать производственные рекомендации по ведению раб лых пенобетонов

задачи:

в условиях пониженных и отрицательных температур с уточнением методик расчета технологических параметров и необходимости антикоррозийной защиты арматуры; 4. применить выбранные методы бетонирования на практике.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые определены методы ускоренного твердения для укладки монолитных пенобетонов при пониженных и отрицательных температурах в зависимости от природы пен; показано, что метод «термоса», электропрогрев и способ укладки с применением противоморозных добавок могут быть использованы и для монолитного пенобетона при температурах твердения до -30 °С. Выясненные особенности ускоренного твердения были использованы при разработке новых технологий укладки пенобетонов в зимних условиях с требуемыми физико-механическими характеристиками.

2. Установлена совместимость некоторых известных противоморозных добавок и пенообразователей; определено, что по признаку совместимости для пенобетонов наиболее универсальной противоморозной добавкой является нитрит натрия (ЫаЫ02), затем хлориды кальция и натрия (СаС12+КаС1), затем поташ (К2С03) который показал совместимость с клееканифольным пенообразователем. Объяснение такого воздействия на пенобетонную смесь может быть дано с точки зрения влияния на кислотно-основное равновесие пенобетонной смеси.

3. Впервые исследована возможность применения бесконтактного электропрогрева монолитного пенобетона для ускорения твердения при отрицательных температурах. Найдены предельные температуры электропрогрева, при которых сохраняется устойчивость пены, зависимость этих температур от природы пенообразователей. Так, для

-г' ч(•.

пенобетонов на протеиновых пенообразователях рекомендуемый предел электропрогрева +30°С; для пенобетонов на синтетических пенообразователях до +60°С; для пенобетонов на клееканифольных пенообразователях до +70°С. Объяснение этой зависимости связывается с полимерностью вводимых пен.

4. Показано, что метод «термоса» применим для ускорения твердения монолитного пенобетона с ограничениями по температурам, также связанными с устойчивостью пен разной природы. Наиболее высокий подогрев укладываемой пенобетонной смеси - до +50°С допускается при использовании клееканифольных и синтетических пенообразователей, для пенобетонных смесей на протеиновых пенообразователях рекомендуемая температура укладки пенобетона методом «термоса» - не более +30°С. Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Использование предложенных методов ускорения твердения монолитного пенобетона позволило расширить температурный диапазон применения монолитного пенобетона в условиях открытой строительной площадки, что снижает ограничения по сезонности и способствует увеличению объёмов применения пенобетона.

2. Предложена рекомендация ведения работ с монолитным пенобетонам, укладываемым методом «термоса» при наружных температурах до -10°С, которая учитывает время остывания, конструкцию утепления и плотность пенобетона. Показано, что механические, теплофизические и другие эксплуатационные характеристики пенобетона, полученного в этих условиях, соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые».

3. Показано, что использование противоморозных добавок позволяет вести укладку пенобетона при температуре наружного воздуха до -15°С. При этом затвердевший пенобетон имеет физико-механические характеристики соответствующие требованиям

ГОСТ 25485-89. В начальной стадии набора прочности в присутствии добавок обнаружено ускорение твердения, что позволяет ускорить строительные процессы.

4. Уточнена методика расчета параметров электропрогрева греющими проводами для укладки монолитного пенобетона при отрицательных температурах до -30°С. В методику расчета введены ограничения нагрева проводов, учитывающие граничную температуру сохранения используемой пены; показана зависимость расчетных параметров электропрогрева от применяемых пенообразователей. Установлено, что свойства пенобетона, твердеющего при электропрогреве греющими проводами соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89.

5. Показано, что в монолитных армированных конструкциях из пенобетона 0-1400...2100 кг/м3 с пенообразующей добавкой любой природы, предназначенных для эксплуатации в жилых и общественных зданиях, антикоррозийная защита арматуры не требуется.

6. Предлагаемые в работе методы ускорения твердения монолитного пенобетона в условиях пониженных температур, опробованы: - при укладке теплоизоляционного слоя пола по грунту, при температуре наружного воздуха -5°С (ул. Пугачева д.2); - при устройстве выравнивающих стяжек по ж/б перекрытиям, при температуре наружного воздуха -10°С (ул. Пугачева д.2); - при возведении монолитных армированных пенобетонных перекрытий, при температуре наружного воздуха -15°С (ул. Эстонская д.1), на что имеются соответствующие акты. Новизна разработок определена техническими условиями и технологическими регламентами: - ТУ 574-005-53228766-2001; ТУ - 5813-003-53228766-2001; ТУ 5745-00453228766-2001; ТУ 5870-006- 53228766-2001; ТУ 5832-002-532287662001; ТУ 5842-001- 53228766-2001.

Достоверность результатов исследований

Достоверность основных научных положений и выводов обоснована применением комплекса физико-химических методов анализа и находится в соответствии с теоретическими основами и требованиями соответствующих ГОСТов. Справедливость научно-практических рекомендаций подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний. Все исследования, необходимые для решения поставленных задач, проводились на кафедре «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС на поверенном оборудовании в испытательном лицензированном центре «Сократ». На защиту выносятся:

- обоснование применения технологий зимнего бетонирования для укладки монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах в зависимости от природы пен;

- технологические особенности применения выбранных методов ускорения твердения монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах, с рекомендацией температур выдерживания пенобетонных смесей и определением совместимости пенообразователей с противоморозными добавками;

- свойства пенобетонов и уточнение методик расчета технических параметров для укладки монолитного пенобетона при пониженных температурах по трем предлагаемым технологиям ускорения твердения;

- уточнения к СН 277-80 «Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона» п.З, по антикоррозийной защите арматуры в изделиях из пенобетонов повышенной плотности;

- применение способов ускоренного твердения монолитного бетона при низких и отрицательных температурах на практике.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях в ПГУПС «Неделя науки 2004 и 2005гг.», на международной конференции «Ячеистые бетоны в современном строительстве» Санкт-Петербург 2004г., на международной конференции «Актуальные проблемы современного строительства» Пенза 2005г., на всероссийской конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» Красноярск 2005г., на межрегиональном семинаре «Производство и применение в строительстве современных пенобетонов» Санкт-Петербург 2005г., на семинаре «Применение неавтоклавного пенобетона в малоэтажном и многоэтажном домостроении» Санкт-Петербург 2004г., на XXV Российской школе по проблемам науки и технологий Миасс 2005г., на межрегиональном семинаре «Технологии производства и применения в строительстве бетонных и железобетонных конструкций» Санкт-Петербург 2005 г..

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов, 9 приложений, включает таблиц и рисунков, содержит список литературы из 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема проводимых исследований и обоснована их актуальность.

В первой главе критически рассмотрены современные способы зимнего бетонирования и определены наиболее приемлемые для пенобетона способы ускорения твердения в условиях пониженных и отрицательных температур - метод «термоса», электропрогрев греющими проводами и применение противоморозных добавок. Отличительной особенностью укладки монолитного пенобетона в

исследуемых условиях, является наличие в смеси пены, приготавливаемой на пенообразователях (ПО) различной природы. Основой анализа возможного поведения вводимых пен, под воздействием выбранных способов зимнего бетонирования, служила химическая классификация пен, предложенная А.В. Хитровым (2000г). В соответствии с этой классификацией был сделан прогноз (табл.1) влияния повышения температуры на устойчивость пены и соответственно пенобетонной смеси.

В соответствии с таблицей 1, устойчивость пен к температурному воздействию нами связывается с величиной п, которая по классификации А. В. Хитрова, показывает число атомов углерода в гидрофильной части молекул. Из таблицы следует, что чем больше у пенообразователя число п, тем более устойчива его пена при нагревании и, следовательно, выше может быть температура прогрева пенобетонной смеси на его основе. В этой же таблице приведены значения рН пенообразователей, которые могут быть полезными для оценки совместимости пен на их основе с солями противоморозных добавок. Общая рекомендация, в этом случае, может быть связана с уровнем рН вводимой добавки - он должен быть как можно ближе к уровню рН пенообразователя, и не содержать агрессивных для пены ионов. В последующем в диссертации, с учетом анализа, приведенного в первой главе, разрабатываются три способа ускоренного твердения монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах, используя три типа пенообразователей представленных в таблице 1.

В главе также определены цели и задачи, объекты, методы и методики исследований.

Влияния температуры нагрева на устойчивость пен

Таблица 1

Химическая природа пенообразователя Торговая марка пенообразователя Структурная формула Уровень рН ПО а Прогнозируемая устойчивость пен при нагревании

Соли смоляных кислот Клееканифольные пенообразователи С„Н2п+1 СООЫа 8-9 19 Устойчивые

Алкилсульфаты ПБ-2000, ПО-6, Пеностром С^Нд СН (С2 Н5 )СН2 ОБОз Иа 6-8 10 Относительно устойчивые

Гидролизаты белков УНИПОР НЕОПОР, БВ 31 СН2 -СН-СНгСНгИССНзЬ — СН2-С00(СН2)з80з 6-8 - Слабо устойчивые

п — число атомов углерода в гидрофильной части молекул

Во второй главе исследуется возможность применения метода «термоса» для обеспечения условий набора прочности монолитного пенобетона, твердеющего при пониженных и отрицательных температурах, а также возможность использования существующих методик расчета параметров твердения.

Известно, что метод «термоса» наиболее эффективен при устройстве массивных бетонных конструкций с модулем поверхности с Мп < 8.

Известно также, что теоретические расчеты параметров термосного выдерживания бетона сводятся к тому, что бы как можно дольше сохранить тепло уложенного бетона и экзотермическое тепло, выделяемое цементом. Продолжительность остывания бетона, уложенного в опалубку, определяется по формуле Скрамтаева (формула 1). т=С6у£бн^бк)+ЦЭ

где' т - продолжительность остывания бетона, ч; С{- удельная теплоемкость бетона, кДж/кг °С, у е- плотность бетона, кг/м3; ^н - начальная температура бетона в конструкции, 'С, 1бк - температура бетона к концу остывания, рекомендуется принимать не ниже 5 "С; 1бср - средняя температура остывания конструкции, *С; 1„ „ -температура наружного воздуха, 'С; Ц - расход цемента, кг/м3, Э - удельное тепловыделение цемента за время твердения бетона, Дж/кг; МГ1 - модуль поверхности конструкции, м"1; К- коэффициент теплопередачи через опалубку и теплоизоляцию, Вт/м^-К

На основе анализа был сделан вывод, что используемая методика расчета объемов тепла, содержащегося в бетоне С6 Уб (*бн - + ЦЭ, справедлива и для пенобетонов различной плотности, приготовленных на цементном вяжущем, так как произведение СбУб учитывает влияние различной плотности пенобетона, а величина ЦЭ - повышенный расход цемента в пенобетоне. Параметр определения теплопотерь при остывании КМП(Ч6 ср- ^ в) так же приемлем и для конструкций из монолитного пенобетона.

Для расчета параметров укладки методом термоса, необходимо учитывать кинетику изменения прочности укладываемого пенобетона.

Предварительное знание графиков набора прочности пенобетонов различной плотности необходимо, для того чтобы: - прогнозировать время достижения и определять величину Э в формуле 1; - оценить прогнозируемую прочность в зависимости от времени остывания и её соответствие распалубочной прочности согласно СНиП 3.03.01-87 « Несущие и ограждающие конструкции». В работе была изучена кинетика изменения прочности пенобетонов различной плотности в естественных условиях, результаты исследований отображены на рисунке 1.

Кинетика изменения прочности пенобетона Рис 1.

в естественных условиях

7 14 21

Продолжительность твердения, сут

Для пенобетона средней плотности-I — 1800 кг/м3; 2— 1600 кг/м3; 3 — 1400 кг/м3; 4 — 1200 кг/м3; 5 — 1000 кг/м3;

6 — 800 кг/м3; 7 — 600 кг/м3;,

• 400 кг/м

Для приготовления пенобетонов во всех случаях применялся Пикалевский цемент М-400, намывной песок и синтетический пенообразователь ПБ-2000, серийно выпускаемый ОАО «ИВХИМПРОМ» город Иваново.

Далее в работе произведен аналитический расчет времени остывания пенобетонов различной плотности, укладываемых методом «термоса» в равных условиях: М„=6; К=2; ^ =+25°С; 1вк= +5°С; 16ср=+10°С; 1бв= -5°С. Для определения тепловыделения Э портландцемента М-400, время твердения было принято равным 7 суток, исходя из того, что согласно графиков твердения (Рис.1) к этому времени пенобетоны любой марки набирают прочность равную 50% от 1^28, что позволяет снимать термозащиту с уложенного пенобетона. Расчетные величины времени остывания Т пенобетонов различной плотности представлены в таблице 2.

Расчет времени остывания пенобетонов Таблица 2

№ п/п Средняя плотность пенобетона у, кг/м3 Расход цемента Ц, кг/м3 Тепловыделение цемента Ц Э, Дж/м3 Количество тепла в пенобетоне, Дж/м3 Общее количество тепла в пенобетоне, Дж/м3 Время остывания пенобетона по формуле Скрамтаева т, час Коэффециент теплопроводности ^•пб, Вт/м°С

1 300 260 54340 3780 58120 90 0,08

2 400 340 71060 5040 76100 117 0,11

3 500 380 79420 6300 85720 132 0,12

4 600 420 87780 7560 95340 147 0,14

5 800 440 91960 10080 102040 157 0,22

6 1000 450 94050 12600 106650 165 0,29

7 1400 480 100320 17640 117960 182 0,49

8 1600 500 104500 20160 124660 192 0,51

9 1800 520 108680 22680 131360 202 0,53

10 2400 226 47234 30240 77474 119 1,51

График рисунка 2 показывает сходимость расчетных и практических значений времени остывания пенобетонов различной плотности при

п

График остывания пенобетона

Рис 2.

3000

"а 2500 ■с

I 2000 О

ю

О 1600

в

ъ 1000

о

X

5 500 ё

0 1 80

100

120

140

160

180

200

Продолжительность остывания, час

результаты практических исследований; 1 — линия расчетных величин; прочих равных условиях. Это подтверждает возможность укладки пенобетона при пониженных и отрицательных температурах методом «термоса», с расчетом параметров по существующей методике.

Исследования, проведенные в работе, показали, что при укладке пенобетона методом «термоса» особого внимания требует вопрос сохранения пены при подогреве смеси. Температурные ограничения подогрева связаны с природой пенообразователей, используемых для приготовления пенобетонных смесей. Опытами на пеноконцентратах было установлено, что разрушение пены на протеиновых пенообразователях происходит при температурах выше +30°С, пены на синтетических пенообразователях разрушаются при температурах нагрева более +60°С, пены на клееканифольных пенообразователях разрушаются при температуре нагрева более +70°С, что подтверждает прогнозы табл. 1.

По материалам исследований, изложенных во второй главе, сделаны выводы, что метод «термоса» приемлем для укладки монолитного пенобетона при температуре наружного воздуха до -10°С для пенобетонов на протеиновых пенообразователях и до -15°С для пенобетонов на синтетических и клееканифольных пенообразователях.

Учитывая необходимость сохранения пены, нами была уточнена методика расчета параметров укладки пенобетона методом «термоса», которая состоит из следующих этапов: - в зависимости от применяемого пенообразователя, определяется температуру подогрева; - для определения тепловыделения цемента задаются временем остывания; - по методике Скрамтаева рассчитывается время остывания Т; - по графикам рисунка 1 определяется прочность, набранная за расчетное время остывания; - затем набранная прочность сравнивается с требуемой. Если набранная прочность ниже требуемой по ГОСТ 25485-89, то необходимо или подобрать дополнительное утепление, уменьшая тем самым величину К, или заменить цемент на более активный, увеличивая тем самым тепловыделение цемента, либо увеличить начальную температуру пенобетона ^ н подогревая компоненты пенобетонной смеси, до температуры не разрушающей пену.

Основные свойства пенобетона, Таблица 3

полученные при ускоренном твердении методом «термоса»

№ п/ п Характеристики Ед. изм. Пенобетон

1 Средняя плотность сухого образца кг/м"* 400 600 1600

2 Средняя плотность п/бетонной смеси кг/м3 472 685 1712

3 Прочность на сжатие МПа

7 дней 0.46 1,10 12,52

14 дней 0,92 1,82 15,90

21 день 1,10 2,00 17,20

28 дней 1,18 2,46 17,84

4 Усадка после 90 дн. ГОСТ 25485 - 89 % 0,05 0,04 0,02

В таблице 3 представлены свойства монолитного пенобетона различной плотности, приобретенные при ускоренном твердении в условиях пониженных и отрицательных температур с применением метода «термоса». Полученные результаты свидетельствуют о том, что, используя метод «термоса», и достигая ускорения твердения пенобетона, можно получить пенобетон, физико-механические свойства которого соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89.

В третьей главе приводится обзор существующих противоморозных добавок, применяемых при зимнем бетонировании, и исследуется возможность их применения для ускорения твердения монолитного пенобетона при пониженных и отрицательных температурах, а также возможность использования для монолитного пенобетона существующих рекомендаций по применению противоморозных добавок для тяжелых бетонов. В качестве противоморозных добавок в пенобетоны, твердеющие при температурах ниже 0°С в работе, использовались: СаС12+ЫаС1, КаЫ02 и К2СОз (поташ).

Результаты исследования этих добавок на совместимость с пенообразователями показали (таблица 4) избирательность взаимодействия

Таблица 4

Совместимость пенообразователей и противоморозных добавок

Преимущественная химическая природа пенообразователя Название пенообразователя СаС12+№С1 ИаМ02 К2С03

Алкилсульфат Пеностром, ПО-6, ПБ-2000 + +

Соли смоляных кислот Клееканифольный пенообразователь + +

Протеины и гидролизаты белков НЕОПОР, УНИПОР ЭДЕМА, ГК, НИКА + +

(-) - пена разрушается; (+) - пена не разрушается

пенообразователей и солей. Например, пены на клееканифольном пенообразователе разрушают хлориды, а поташ разрушает пены на протеиновых и алкилсульфатных пенообразователях. Наиболее универсальным является нитрит натрия ИаЫ02 , который может быть рекомендован для всех, используемых в данной работы, пенообразователей. Это может быть связано с нейтральным действием ЫОг" иона и значением рН раствора соли:

рН К2С03 > рН ЫаЫ02 > рН (СаС12+НаС1) (2) Далее в работе проводились исследования свойств пенобетонов, твердеющих при низких и отрицательных температурах с применением противоморозных добавок, не разрушающих пенобетонную смесь, и в таблице 5 представлены результаты исследований набора прочности пенобетонов при различных значениях отрицательных температур. Исследования проводились с применением в качестве вяжущего портландцемента М 400 Пикалевского завода, в качестве пенообразующих добавок использовались синтетический пенообразователь ПБ-2000, а для поташа использовался пенобетон на клееканифольном пенообразователе.

Таблица 5

Нарастание прочности пенобетона с противоморозными добавками

Добавки и их сочетания Температура твердения Рекомендуемое количество Прочность % ОТ К-28, при твердении пенобетона за период, сут.

бетона, "С добавок, % 7 14 28 90

ЫаЖ)2 -2 -5 -7 5 6 7 25 15 5 40 25 15 60 45 25 85 65 45

СаС12 +ИаС1 -2 -5 -7 -10 1+2 2,5+3 3+4 3,5+4 30 20 10 7 55 25 15 10 70 35 25 10 90 60 40 30

К2С03 -2 -5 -7 -10 -15 5 6 7 8 10 40 25 20 15 10 55 40 30 20 15 65 60 55 45 40 90 80 70 60 50

Результаты исследований показали, что рекомендуемый диапазон температур применения солей для монолитного пенобетона находится в пределах до -15 °С.

В процессе проводимых исследований было выявлено, что пенобетон, твердеющий при низких и отрицательных температурах, с применением противоморозных добавок, обладает свойствами, соответствующими требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые» (таблица 6).

Таким образом, проведенные исследования впервые показали возможность ускоренного твердения пенобетона с применением противоморозных добавок, назвали добавки и определили основные физико-механические свойства пенобетона полученного с применением противоморозных добавок.

Основные свойства пенобетона, полученного Таблица 6

при ускоренном твердении с противоморозными добавками

№ п/п Характеристики Ед. изм. Пенобетон

1 Средняя плотность сухого образца кг/м' 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

2 Средняя плотность п/бетонной смеси кг/м* 472 685 907 1103 1316 1509 1712 1935

3 Коэффициент теплопроводности (сух)X Вт 0,13 0,17 0,22 0,29 0,38 0,49 0,51 0,53

м ■ °С

6 Водопоглощение % 10,2 9,3 8,5 6,6 5,4 5,3 5,2 5,0

7 Модуль упругости ГПа 1,8 2,7 4,2 5,7 6,8 9,3 14,9 20,5

8 Прочность на сжатие МПа

7 дней 0,5 1,0 1,6 2,4 4,5 8,5 12,5 20,0

14 дней 0,9 1,8 2,5 3,1 5,8 10,5 15,8 24,0

21 день 1,0 2,1 3,0 3,5 6,1 11,5 17,0 26,2

28 дней 1,2 2,5 3,5 3,7 6,3 12,0 17,9 27,5

9 Усадка после 90 да. % 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02

10 Морозоустойчивость не менее 25 циклов не разрушается

В четвертой главе исследуется возможность применения электропрогрева греющими проводами монолитного пенобетона при низких и отрицательных температурах.

Известно, что сущность этого способа зимнего бетонирования сводится к тому, что греющие провода, находящиеся непосредственно в массиве монолитной конструкции, при включении тока работают как активное сопротивление участка цепи и выделяют тепло. На основе аналитических исследований был сделан вывод о принципиальной возможности применения греющих проводов при укладке монолитного пенобетона при отрицательных температурах. Нами введен дополнительный критерий, названный Тпр - предельная температура, под которой понимается предельная температура существования пены. Было установлено, что пены, полученные на разных пенообразователях, имеют свои значения Тпр (таблица 7).

Таблица 7

Предельные температуры существования пен

Химическая природа Пенообразователя Название пенообразователя Предельная температура Т °С А пр > ^

Алкилсульфат Пеностром, ПО-6 ПБ -2000 60

Соли смоляных кислот Клееканифольный ПО 70

Протеины и гидролизаты белков НЕОПОР, УНИПОР ГК, НИКА 30

Исходя из выявленных ограничений электронагрева пенобетонной смеси, были установлены технологические особенности электропрогрева пенобетона: - режим нагрева с максимальной скоростью для пенобетона недопустим, так как при этом температуры нагрева проводов превышают 70°С, - для пенобетона приемлем режим нагрева до определенной температуры, обеспечиваемой подбором необходимой мощности греющих проводов.

Экспериментально установлено, что оптимальная погонная нагрузка р на проволочные нагреватели, укладываемые в пенобетон, составляет: -10 Вт/м для пенобетонов на синтетических пенообразователях, -15 Вт/м для пенобетонов на клееканифольных пенообразователях. Электропрогрев пенобетонов на протеиновых пенообразователях не рекомендуется, так как при температуре греющего провода около +30 °С электропрогрев становится экономически не целесообразным.

Исходя из этого длина проволочных электронагревателей (/) для прогрева пенобетонных конструкций может определяться по формуле (3), применяемой для тяжелых бетонов,

и2 - Б

—• (3)

Р-Р»

где: и — рабочее напряжение питания, В; Б — сечение токонесущей жилы, мм2; р| — удельное сопротивление жилы при рабочей температуре, Ом • мм2/м; р — оптимальная погонная нагрузка на провод, Вт/м, р.

— = 11, — сопротивление жилы, приведенное на погонный метр нагревателя, Ом • м

Б

но с учетом рекомендуемых величин р. Дальнейший расчет удельной (тепловой) мощности Руд и шага проволочных нагревателей в ведется по «методическим рекомендациям по применению нагревательных проводов в зимних условиях» разработанным ЦНИИОМТП. Практическое применение предложенных рекомендаций позволило создать, в условиях отрицательных температур, монолитное армированное перекрытие с требуемыми техническими характеристиками, указанными в таблице 8.

Это позволяет сделать вывод, о том, что технология и расчет параметров электропрогрева греющими проводами, применяющиеся для тяжелого бетона, с учетом условий сохранения устойчивости пен, приемлемы и для монолитного пенобетона. Наиболее эффективно применение этого метода для пенобетонов на термостойких пенах, в частности клееканифольных.

Таблица 8

Основные свойства пенобетона, полученного при электропрогреве греющими проводами_

№ п/ п Характеристики Ед. изм. Пенобетон

1 Средняя плотность сухого образца кг/м3 1600 1800

2 Средняя плотность пенобетонной смеси кг/м3 1712 1935

3 Коэффициент тепло- Вт 0,51 0,53

проводности (сух) X м • °С

8 Прочность на сжатие МПа

7 дней 12,5 20,0

14 дней 15,8 24,0

21 день 17,0 26,2

28 дней 17,9 27,5

9 Усадка после 90 дн. % 0,02 0,02

Далее в работе приведены исследования коррозионной стойкости арматуры в монолитном пенобетоне повышенной плотности Б 14002100 кг/м3. Согласно требованиям строительных норм СН 277-80 «Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона» пункт 3.1. « ..Арматурные каркасы и сетки в изделиях из ячеистого бетона необходимо защищать антикоррозийными покрытиями ». Исследованиями было подтверждено, что пенобетон, обладая закрытыми порами, в отличие от газобетона, предотвращает доступ кислорода к арматуре. В соответствии со стандартом СЭВ 4421-83, арматура в исследуемом пенобетоне переходит в неустойчивое пассивное состояние. Результаты проведенных исследований по определению рН жидкой фазы пенобетона в присутствии пенообразующей добавки представлены в таблице 9. При введении в бетонную смесь пенообразующих добавок с рН 9,5... 10,0 общее значение рН жидкой фазы пенобетона во всех рассматриваемых случаях

сохраняется >12, за счет химических процессов, происходящих между пенообразующей добавкой и цементной составляющей пенобетона.

Таблица 9

Средняя плотность пенобетона кг/м3 2200 образец без пенообразующей добавки 2100 1800 1600 1400

рН жидкой фазы пенобетона >12 >12 >12 >12 >12

По результатам проведенных исследований было получено заключение НИИЖБ, о том что «...в монолитных армированных конструкциях из бетона Б 1400-2100 кг/м3 с пенообразующей добавкой, предназначенных для эксплуатации в жилых и общественных зданиях, антикоррозионная защита арматуры не требуется...».

В пятой главе представлены результаты внедрения рассмотренных в работе методов ускоренного твердения монолитного пенобетона различной плотности в условиях низких и отрицательных температур (таблица 10).

Метод «термоса» был применен при устройстве полов по грунту. В цокольном этаже малоэтажного жилого дома (С-Пб Приморский район ул. Пугачева д. 2) по уплотненному грунту при температуре до -5°С укладывался пенобетон плотностью Б 400 кг/м3 с утеплением менираловатными плитами толщиной 5 см.

Противоморозные добавки использовались при устройстве выравнивающих стяжек из конструкционного пенобетона плотностью Б 1400 кг/м3. Не армированные стяжки укладывались в квартирах жилого дома по адресу: город Санкт-Петербург, Приморский район ул. Пугачева д. 2, с добавлением СаС12+№С1 в количестве 3,5+4 % от массы цемента.

Температура наружного воздуха во время укладки и в период набора прочности пенобетона, не опускалась ниже -10°С.

Таблица 10

Внедрение результатов исследований

Предлагаемая технология укладки монолитного пенобетона Технические Условия, использованные при производстве работ Строительная конструкция и объект где была применена выбранная технология

Укладка теплоизоляционного пенобетона методом «Термоса» ТУ 5870-006-532287662001 «Бетон ячеистый (пенобетон) теплоизоляционный для монолитного домостроения» Теплоизоляционный слой пола по фунту. Санкт-Петербург ул. Пугачева д.2 цокольное помещение площадью 170 м2, объем 23,8 м3.

Применение противоморозных добавок при укладке конструкционно- теплоизоляционного пенобетона ТУ 5745-004-532287662001 «Смесь ячеистобетонная для стяжек по плитам перекрытий» Выравнивающая стяжка по ж/б перекрытиям жилого помещения. Санкт-Петербург ул. Пугачева д.2 площадью 165 м2, объем 12,8 м3.

Технология электропрогрева греющими проводами ТУ 5842-001-532287662001 «Перекрытия из монолитного ячеистого бетона (пенобетона)» Монолитные армированные перекрытия Санкт-Петербург ул. Эстонская д. 1 площадью 92 м2, объем 18,4 м3.

Электропрогрев перекрытия из монолитного армированного пенобетона выполнялся при строительстве жилого дома по адресу: город Санкт-Петербург, Приморский район ул. Эстонская д. 1. Плотность

укладываемого пенобетона 1600 кг/м3, средняя температура наружного воздуха не ниже -15°С, сечение нагревательного провода 3 мм, укладывалось 3 петли по 35 м каждая с шагом укладки 0,08 м, температура нагрева пенобетона +50°С.

При производстве работ использовалось оборудование ЗАО НИПТИ «Стройиндустрия», для приготовления пены использовался синтетический пенообразователь ПБ-2000 ОАО «ИВХИМПРОМ».

В завершении главы приводятся обобщение производственного опыта полученного при укладке монолитного пенобетона в условиях пониженных и отрицательных температур, по рекомендациям, выработанным в данной работе.

Основные выводы

1. Определены методы ускоренного твердения для укладки монолитных пенобетонов при пониженных и отрицательных температурах в зависимости от природы пен; показано, что метод «термоса», электропрогрев и способ укладки с применением противоморозных добавок могут быть использованы и для монолитного пенобетона при температурах твердения до -30 °С. Выясненные особенности ускоренного твердения были использованы при разработке новых технологий укладки пенобетонов в зимних условиях.

2. Установлена совместимость некоторых известных противоморозных добавок и пенообразователей; определено, что по признаку совместимости для пенобетонов наиболее универсальной противоморозной добавкой является нитрит натрия (№N02), затем хлориды кальция и натрия (СаС12+МаС1), затем поташ (К2СОз) который показал совместимость с клееканифольным пенообразователем. Объяснение такого воздействия на

пенобетонную смесь может быть дано с точки зрения влияния на кислотно-основное равновесие пенобетонной смеси.

3. Исследована возможность применения бесконтактного электропрогрева монолитного пенобетона для ускорения твердения при отрицательных температурах. Найдены предельные температуры электропрогрева, при которых сохраняется устойчивость пены, и зависимость этих температур от природы пенообразователей. Для пенобетонов на протеиновых пенообразователях рекомендуемый предел электропрогрева +30°С; для пенобетонов на синтетических пенообразователях до +60°С; для пенобетонов на клееканифольных пенообразователях до +70°С. Объяснение этой зависимости связывается с полимерностью вводимых пен.

4. Показано, что метод «термоса» применим для ускорения твердения монолитного пенобетона с ограничениями по температурам подогрева, также связанными с устойчивостью пен разной природы. Наиболее высокий подогрев укладываемой пенобетонной смеси - до +50°С допускается при использовании клееканифольных и синтетических пенообразователей, для пенобетонных смесей на протеиновых пенообразователях рекомендуемая температура укладки пенобетона методом «термоса» - не более +30°С.

5. Использование предложенных методов ускоренного твердения монолитного пенобетона позволило расширить температурный диапазон применения монолитного пенобетона в условиях открытой строительной площадки, что снизило ограничения по сезонности и способствовало увеличению объёмов применения пенобетона.

6. Предложена рекомендация ведения работ с монолитным пенобетонам, укладываемым методом «термоса» при наружных температурах до -10°С, которая учитывает время остывания,

конструкцию утепления и плотность пенобетона. Показано, что механические, теплофизические и другие эксплуатационные характеристики пенобетона, полученного в этих условиях, соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые».

7. Показано, что использование противоморозных добавок позволяет вести укладку пенобетона при температуре наружного воздуха до -15°С. При этом затвердевший пенобетон имеет физико-механические характеристики соответствующие требованиям ГОСТ 25485-89. В начальной стадии набора прочности в присутствии добавок обнаружено ускорение твердения, что позволяет ускорить строительные процессы.

8. Уточнена методика расчета параметров электропрогрева греющими проводами для укладки монолитного пенобетона при отрицательных температурах до -30°С. В методику расчета введены ограничения нагрева проводов, учитывающие граничную температуру сохранения используемой пены; показана зависимость расчетных параметров электропрогрева от применяемых пенообразователей. Установлено, что свойства пенобетона, твердеющего при электропрогреве греющими проводами, соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89.

9. Показано, что в монолитных армированных конструкциях из бетона средней плотностью Б-1400... 2100 кг/м3 с пенообразующей добавкой любой природы, предназначенных для эксплуатации в жилых и общественных зданиях, антикоррозийная защита арматуры не требуется.

10.Предлагаемые в работе методы ускорения твердения монолитного пенобетона в условиях пониженных температур, опробованы: - при укладке теплоизоляционного слоя пола по грунту, при температуре наружного воздуха -5°С (ул. Пугачева д.2); - при устройстве

выравнивающих стяжек по ж/б перекрытиям, при температуре наружного воздуха -10°С (ул. Пугачева д.2); - при возведении монолитных армированных пенобетонных перекрытий, при температуре наружного воздуха -15°С (ул. Эстонская д.1), на что имеются соответствующие акты. Новизна разработок определена техническими условиями и технологическими регламентами: - ТУ 574-005-53228766-2001; ТУ - 5813-003-53228766-2001; ТУ 5745004-53228766-2001; ТУ 5870-006- 53228766-2001; ТУ 5832-00253228766-2001; ТУ 5842-001-53228766-2001.

Основные вопросы диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. С. Д. Петров «Особенности укладки монолитного пенобетона при низких и отрицательных температурах». Сборник докладов.

«Актуальные проблемы современного строительства». Март 2005 года г. Пенза.

2. С. Д. Петров « Монолитный пенобетон в зимних условиях». Сборник докладов. «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». Май 2005 г. Красноярск.

3. ПетровС. Д., Хитров А. В., Мартынова В. Д., «Поведение пенообразователей при низких температурах и их взаимодействие с противоморозными добавками». Сборник научных статей ПГУПС, Вып. №2 2004 год.

4. С. Д. Петров С. М. Якуненков «Монолитный пенобетон в малоэтажном строительстве». Журнал «Сухие строительные смеси» №1 Апрель 2002 года.

5. Соловьева В. Я., Хитров А. В., Петров С. Д. «Новые виды изделий из пенобетона». Сборник научных статей ПГУПС, Вып. №1 2001 год.

6 В. Д. Мартынова, А. В. Хитров, С. Д. Петров «Новая резательная технология производства автоклавного пенобетона». Журнал «Сухие строительные смеси», №1 Апрель 2002 года.

7 Хитров A.B., Верховская Ю.М., Мартынова В.Д., Петров С. Д. «Пенообразующая добавка на комплексной основе для монолитного домостроения». Сборник научных статей ПГУПС, Вып. №2 2004 год.

8 ТУ 574-005-53228766-2001 «Блоки стеновые из ячеистого бетона (пенобетона)».

9. ТУ 5813-003-53228766-2001 «Фундаменты плитные и ленточные

из монолитного пенобетона армированного».

10. ТУ 5745-004-53228766-2001 «Смесь ячеистобетонная для стяжек по плитам перекрытий».

11.ТУ 5870-006-53228766-2001 «Бетон ячеистый (пенобетон) теплоизоляционный для монолитного домостроения».

12. ТУ 5832-002-53228766-2001 «Стены внутренние несущие из монолитного ячеистого бетона (пенобетона)».

13. ТУ 5842-001-53228766-2001 «Перекрытия из монолитного ячеистого бетона (пенобетона)».

Подписано к печати 2$ 05.05 г.

Печать офсетная Ьумага для множит, апп.

Тираж 100 экз. Заказ № ЭДй

Печ. л.-1.75 Формат 60x84 1/16

Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9

л

ï-

г

0 5- 1 40 5 4

РНБ Русский фонд

2006-4 9584

Введение.

Глава I. Современные способы ускоренного твердения бетона при низких и отрицательных температурах. Постановка цели и задач работы. Методы, объекты и методики исследования.

1.1. Анализ современных способов зимнего бетонирования, выбор приемлемых для монолитного пенобетона. $ 1.2. Постановка цели и задач работы.

1.3. Методы, объекты и методики исследования.

Глава II. Использование метода «термоса» для обеспечения условий набора прочности монолитного пенобетона, твердеющего при пониженных температурах.

2.1. Аналитические исследования теории метода «термоса» и возможности его использования для монолитного пенобетона.

2.2. Изучение кинетики твердения монолитного пенобетона и ее применение для методики Б. Г. Скрамтаева.

2.3. Особенности подогрева пенобетонных смесей, укладываемых методом «термоса».

2.4. Выводы по Главе II.

Глава III. Использование химических добавок для ускорения твердения монолитного пенобетона при низких и отрицательных температурах.

3.1. Анализ теоретических основ укладки бетона с противоморозными добавками и выбор спектра противоморозных добавок применимых для монолитного пенобетона.

3.2. Исследование выбранных добавок на совместимость с применяемыми пенообразователями. ф 3.3. Свойства пенобетона твердеющего с применением противоморозных добавок.

3.4. Выводы по Главе III.

Глава IV. Применение электропрогрева при укладке конструкционного пенобетона при низких темперах.

4.1. Исследование основ технологии термообработки бетонов с применением греющий проводов, оценка возможности её применения для монолитного пенобетона.

4.2. Особенности электрического расчета нагревательных проводов, при прогреве монолитного пенобетона.

4.3. Особенности твердения монолитного пенобетона под воздействием греющего провода.

4.4. Влияние влажности и плотности монолитного пенобетона на его теплопроводность.

4.5. Исследование коррозионной стойкости арматуры в монолитном пенобетоне.

4.6. Выводы по главе IV.

Глава V. Практическое применение методов твердения пенобетона при пониженных температурах на строительных площадках Санкт-Петербурга

5.1. Укладка монолитного пенобетона методом «Термоса».

5.2. Укладка монолитного пенобетона с применением противоморозных добавок.

5.3. Устройство монолитного армированного пенобетонного перекрытия с применением электропрогрева греющими проводами.

В настоящее время на Российском строительном рынке применение монолитного пенобетона получает все большее распространение. Расширяется список конструкций возводимых из пенобетона:

- устройство кровли, стяжек и полов по грунту,

- утепление покрытий и наружных стен,

- заполнение колодцевой кладки,

- самонесущие стены и монолитные перекрытия,

- утепление трубопроводов и т. д. (Рисунок 1).

Растет количество научных и проектных организаций занимающихся вопросами внедрения пенобетонов в строительную практику. Увеличивается список строительных организаций осваивающих технологию применения монолитного пенобетона в условиях строительной площадки. ^ Пенобетон как материал нельзя назвать молодым. Конструкции из пенобетона, ранее созданные в заводских цехах и в условиях строительной площадки, стоят уже не один десяток лет. Но необходимо отметить новый всплеск интереса к этому материалу в последние 10-15 лет. Это объясняется тем, что идет поиск материалов наиболее эффективно решающих энергетическую проблему. Проблему сохранения тепла. И на сегодня ячеистые бетоны, в том числе и пенобетоны, благодаря своим теплофизическим характеристикам, становятся всё более применяемыми и востребованными. Строители в тесной связи с наукой, осваивают новые технологии с применением газобетона и пенобетона.

В Санкт-Петербурге при устройстве наружных самонесущих стен при высотном домостроении широко применяются газобетонные блоки, ведется строительство малоэтажного жилья полностью из газобетона. • Параллельно с ростом объемов применяемого газобетона, идет бурное освоение пенобетонных технологий. Появление качественно новых

Применение пенобетона на современной стройке

Рис. 1.

-выравнивающие покрытия - морозо- и противопожарная защита

-бетон-наполнитель

-кровельная изоляция

-изоляция трубопроводов -заполнение пустот -фундаментные плиты

-морозозащитный слой

-противопожарная защита

-стены

-основание полов -плиты перекрытия по металлическим балкам -бетон для изоляции -выравнивающие слои

-наполнитель пенообразователей и большого количества оборудования для приготовления пенобетона, дало толчок к развитию пенобетонных технологий и не только в виде блоков. Обладая широким спектром привлекательных прочностных и теплоизоляционных характеристик (таблица 1), монолитный пенобетон все шире применяется в строительстве. Идея поризации материалов строительными пенами, с I целью повышения их теплотехнических характеристик, приобретает реальные черты. Появляются наработки в области поризации кладочных и штукатурных растворов, снижающих тем самым влияние мостиков холода в каменной кладке по раствору.

Особенное место в развитии технологий монолитного пенобетона занимает малоэтажное домостроение. Этот, быстро развивающийся, сегмент строительного рынка является наиболее привлекательным для этих технологий. Нужно лишь доработать эти технологии до более полного удовлетворения потребностей малоэтажного строительства.

По результатам анализа развития технологий монолитного пенобетона можно сделать вывод, что этот процесс приобрел необратимую, расширяющуюся в глубину и в ширину тенденцию. В тоже время нельзя сказать, что накопление опыта строительства с применением монолитного пенобетона и увеличение объемов его укладки протекает безпроблемно, для тех, кто решил попробовать свои силы в этой области. Сдерживающими факторами повсеместного применения монолитного пенобетона, неавтоклавного твердения, являются:

Недостаточно высокое качество пенобетона, изготавливаемого непосредственно на строительной площадке,

Вследствие чего, сложность обеспечения требуемого качества создаваемых конструкций,

Высокая цена на импортное оборудование и низкое качество Российского оборудования,

Основные характеристики пенобетона Таблица 1.

Марки по средней плотности Класс по прочност и на сжатие Марка по прочности на сжатие Марка по морозосто йкости Коэфф. теплопров одности, Вт/м°С Коэфф. паропрони цаемости, Мг/мчПа Сорбцион ная влажность, %

D100 В 0,5 М5 не норм. 0,05 0,26 7

D200 В 0,75 М7 не норм. 0,07 0,24 7

D300 В 1 мю не норм. 0,08 0,22 7

D400 В 1,5 М15 не норм. 0,11 0,20 7

D500 В 1,7 М20 не норм. 0,14 0.19 7

D600 В 2 М25 F50 0,14 0,16 7

D700 В 2,5 мзо F50 0,18 0,14 7

D800 В 2,5 М35 F75 0,22 0,12 7

D900 В 3,5 М50 F75 0,25 0,11 9

D1000 В 5 М75 F75 0,29 0,10 9

D1200 В 7,5 мюо F100 0,38 0,09 10

D1400 В 10 М150 F150 0,49 0,07 10

D1600 В 15 М200 F200 0,51 0,06 10

D1800 В 22,5 М300 F200 0,53 0,05 10

Отсутствие персонала с необходимой квалификацией.

- Недостаточность и разобщенность научных знаний в области монолитных пенобетонов, материалы ГОСТа и СНиПа по ячеистым бетонам в основном сориентированы на производство изделий из пенобетонов в заводских условиях, t

Отрицательная температура наружного воздуха. Как работать с пенобетоном при низких и отрицательных температурах? Какие методы укладки и ухода за . свежеуложенным пенобетоном применять? Возможно ли вообще ведение работ зимой с применением монолитного пенобетона?

В предлагаемой работе сделаны первые шаги в поиске ответов на вопросы по зимнему применению монолитных пенобетонов. Работа велась, опираясь на многолетний опыт применения обычного бетона. По зимнему бетонированию существует множество учебных и научно-технических разработок, научных статей и рекомендаций, методических пособий и т. д. Ведется обучение специалистов методам строительных работ в зимних условиях. Строительные процессы по укладке бетона зимой не останавливаются, они лишь преобразуются. По производству бетонных работ в зимних условиях существует богатый мировой опыт. В тоже время, планируя работы по укладке монолитного пенобетона при пониженных температурах, строители сталкиваются с проблемой отсутствия каких либо рекомендаций и разработанных технологий по применению монолитного пенобетона в зимних условиях. На момент постановки работы публикаций на тему применения пенобетона при низких температурах нет. В работах отечественных специалистов, касающихся пенобетона как материала и технологий по устройству различных конструкций с применением пенобетона, эта тема никем не раскрыта.

В материалах этой работы представлены результаты проведенной работы по выяснению особенностей твердения пенобетонов при низких температурах. В основу проводимых исследований взято предположение о возможной преемственности существующих технологий зимнего бетонирования, для укладки монолитного пенобетона. Нами было предположено, что, имея одинаковую цементную основу, базирующуюся на процессах гидратации цемента, различие в твердении будет определяться только поведением применяемых пен. По своей сути пенобетон, как и обычный бетон, является трехфазной системой, представляющей собой, водонасыщенную цементную (или цементно-песчаную) смесь с пеной, не оседающей до момента схватывания цемента. После того как цементная матрица схватилась и способна удерживать свои формы, пена может оседать без ущерба для конструкции, свою миссию она выполнила. При понижении температуры внутреннее давление в порах слабеет, и пена теряет способность удерживать сдавливающее напряжение от цементной смеси. Таким образом, усложнение задачи сводится к тому, что в условиях низких и отрицательных температур, помимо соблюдения процессов гидратации цемента, необходимо соблюсти условия устойчивости пены.

Решая вопрос применения монолитного пенобетона при низких температурах, мы расширяем временной промежуток использования этого материала на стройках. В частности, согласно СНиП II-А. 6-72 «Строительная климатология и геофизика», средняя месячная и годовая температура воздуха в Санкт-Петербурге и Ленинградской области составляет (таблица 2):

Среднемесячная и годовая температура воздуха °С Таблица 2

Республика, область, пункт I 11 III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Свирица -9,8 -9,7 -5,7 1,9 8,9 14,1 16,9 15,2 10,0 4,0 -1,6 -6,7 3,1

Тихвин -10,5 -9,3 -4,7 2,8 9,7 14,7 16,6 14,8 9,5 3,6 -1,8 -6,6 3,2

Санкт-Петербург -7,8 -7,8 -3,9 3,1 9,8 15,0 17,8 16,0 10,9 4,9 -0,3 -5,0 4,4

Из этого следует, что 6 месяцев в году средняя температура ниже +5°С, и монолитный пенобетон естественного твердения применять не рекомендуется. Этот вывод наглядно показывает, насколько актуален вопрос применения монолитного пенобетона при низких и отрицательных температурах. Актуальность этого вопроса очевидна не только для СевероЗападного региона. Рост объемов монолитного пенобетона, укладываемого строителями, наблюдается по всей России и это усиливает актуальность рассматриваемого в работе вопроса.

Общие выводы по работе

1. Определены методы ускоренного твердения для укладки монолитных пенобетонов при пониженных и отрицательных температурах в зависимости от природы пен; показано, что метод «термоса», электропрогрев и способ укладки с применением противоморозных добавок могут быть использованы и для монолитного пенобетона при температурах твердения до -30 градусов Цельсия (таблица 29). Выясненные особенности ускоренного твердения были использованы при разработке новых технологий укладки пенобетонов в зимних условиях с требуемыми физико-механическими характеристиками.

2. Установлена совместимость некоторых известных противоморозных добавок и пенообразователей; определено, что по признаку совместимости для пенобетонов наиболее универсальной противоморозной добавкой является нитрит натрия (NaN02), затем хлориды кальция и натрия (CaCl2+NaCl), затем поташ (К2СОз) который показал совместимость с клееканифольным пенообразователем. Объяснение такого воздействия на пенобетонную смесь может быть дано с точки зрения влияния на кислотно-основное равновесие пенобетонной смеси.

3. Исследована возможность применения бесконтактного электропрогрева монолитного пенобетона для ускорения твердения при отрицательных температурах. Найдены предельные температуры электропрогрева, при которых сохраняется устойчивость пены, зависимость этих температур от природы пенообразователей. Для пенобетонов на протеиновых пенообразователях рекомендуемый предел электропрогрева +30°С; для пенобетонов на синтетических пенообразователях до +60°С; для пенобетонов на клееканифольных пенообразователях до +70°С. i * 4. %

Рекомендации по выбору метода ускоренного твердения пенобетона Таблица 29 при пониженных и отрицательных температурах

Метод ускоренного твердения пенобетона Условия и рекомендации, определяющие производственное применение метода бетонирования Конструкция, для которой рекомендуется метод Удорожание строительных работ, % Температура наружного воздуха °С

Методом «термоса» Допускается длительное выдерживание конструкций в опалубке. Невысокая р»аспалубочная прочность. Возможность подогрева пенобетонной смеси. Массивные армированные и неармированные пенобетонные конструкции с М„<8. от 2 до 10 от +5 до-15

С применением противоморозных добавок Наличие противоморозных добавок. Допускается относительно медленный набор прочности .пенобетона. Допустимость появления высолов. Более экономичен чем «термос». Неагрессивность добавок в армированных конструкциях Монолитные армированные и неармированные пенобетонные конструкции с Мп>4. от 10 до 30 от +5 до -15 до -20 совместно с «термосом»

Электропрогрев греющими проводами Наличие трансформатора с несколькими ступенями понижения напряжения. Наличие необходимой электрической мощности (10-20 кВт на 1 м3 конструкции). Наличие греющих проводов и специалистов требуемой квалификации. Монолитные армированные и неармированные пенобетонные конструкции с Мп > 6, по результатам экономического анализа. Около 10 от -10 до -30

4. Показано, что метод «термоса» применим для ускорения твердения монолитного пенобетона с ограничениями по температурам, также связанными с устойчивостью пен разной природы. Наиболее высокий подогрев укладываемой пенобетонной смеси - до +50°С допускается при использовании клееканифольных и синтетических пенообразователей, для пенобетонных смесей на протеиновых пенообразователях рекомендуемая температура укладки пенобетона методом «термоса» - не более +30°С.

5. Использование предложенных методов ускоренного твердения монолитного пенобетона позволило расширить температурный диапазон применения монолитного пенобетона в условиях открытой строительной площадки, что снизило ограничения по сезонности и способствовало увеличению объёмов применения пенобетона.

6. Предложена рекомендация ведения работ с монолитным пенобетонам, укладываемым методом «термоса» при наружных температурах до -10°С, которая учитывает время остывания, конструкцию утепления и плотность пенобетона. Показано, что механические, теплофизические и другие эксплуатационные характеристики пенобетона, полученного в этих условиях, соответствуют требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые».

7. Показано, что использование противоморозных добавок позволяет вести укладку пенобетона при температуре наружного воздуха до -20°С. При этом затвердевший пенобетон имеет физико-механические характеристики соответствующие требованиям ГОСТ. В начальной стадии набора прочности (до 7 суток) в присутствии добавок обнаружено ускорение твердения в 1,3 раза, что позволяет ускорить строительные процессы.

8. Уточнена методика расчета параметров электропрогрева греющими проводами для укладки монолитного пенобетона при отрицательных температурах до -30°С. В методику расчета введены ограничения нагрева проводов, учитывающие граничную температуру сохранения используемой пены; показана зависимость расчетных параметров электропрогрева от применяемых пенообразователей. Установлено, что свойства пенобетона, твердеющего при электропрогреве греющими проводами, соответствуют требованиям ГОСТ.

9. Показано, что в монолитных армированных конструкциях из пенобетона D-1400.2100 кг/м с пенообразующей добавкой любой природы, предназначенных для эксплуатации в жилых и общественных зданиях, антикоррозийная защита арматуры не требуется.

10.Предлагаемые в работе методы ускорения твердения монолитного пенобетона в условиях пониженных температур, опробованы: - при укладке теплоизоляционного слоя пола по грунту, при температуре наружного воздуха -5°С (ул. Пугачева д.2); - при устройстве выравнивающих стяжек по ж/б перекрытиям, при температуре наружного воздуха -10°С (ул. Пугачева д.2); - при возведении монолитных армированных пенобетонных перекрытий, при температуре наружного воздуха -15°С (ул. Эстонская д.1), на что имеются соответствующие акты. Новизна разработок определена техническими условиями и технологическими регламентами: - ТУ 574-005-53228766-2001; ТУ - 5813-003-53228766-2001; ТУ 5745004-53228766-2001; ТУ 5870-006- 53228766-2001; ТУ 5832-00253228766-2001; ТУ 5842-001-53228766-2001.

1. ГОСТ 25485-89 Государственный стандарт СССР. Бетоны ячеистые. Дата введения 1990-01-01.

2. ГОСТ 24211-80 Добавки для бетонов классификация. Издательствостандартов 1980 г.

3. ГОСТ 30459-96 Добавки для бетонов методы определения эффективности. ГУП ЦПП,Госстроя России М. 1997 г.

4. ГОСТ 30459-96 Добавки для бетонов. Общие технические условия.

5. СНиП 111-15-76 Бетонные и железобетонные конструкции монолитные. М. Стройиздат 1977 г.

6. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. М. ЦИТП Госстрой 1988 г.

7. СНиП 11-3-79 Строительная теплотехника.

8. СН 277-80 Строительные нормы Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона. Дата введения 1980-07-01.

9. ЕНиР Сборник Е4. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций. Госстрой СССР, М. Стройиздат 1987 г.

10. Руководство по производству бетонных и железобетонных работ в зимних условиях. Издательство литературы по строительству Москва 1967 г.

11. Руководство по тепловой обработке бетонных и железобетонных изделий. М. Стройиздат 1974 г.

12. Руководство по зимнему бетонированию с электропрогревом бетонов, содержащих противоморозные добавки. ЦНИИ ОМТП М. Стройиздат 1977 г.

13. Руководство по производству бетонных работ. М. Стройиздат 1975 г.

14. Руководство по зимнему бетонированию с применением метода термоса. М. Стройиздат 1975 г.

15. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях Дальнего востока, Сибири и крайнего Севера. ЦНИИОМТП М. Стройиздат 1982 г.

16. Руководство по конструкциям опалубок и производству опалубочных работ. М. Стройиздат, 1983 г.

17. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М. Стройиздат 1980 г.

18. Руководство по применению бетона с комплексными противоморозными добавками. М. Стройиздат 1987 г.

19. Руководство по приготовлению бетонов с противоморозными добавками. НИИЖБ М. Стройиздат 1978 г.

20. Методические рекомендации по применению нагревательных проводов для электропрогрева монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Алма-Ата 1986 г.

21. Методические рекомендации по применению нагревательных проводов и кабелей при выполнении общестроительных работ в зимних условиях. М. Госстройиздат 1986 г.

22. Рекомендации по изготовлению железобетонных изделий с применением электроразогрева бетонной смеси в заводских условиях. В НИИЖБ М. Издательство литературы по строительству 1972 г.

23. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов. НИИЖБ М. 1986 г.

24. Миронов С. А., Малинина С. А. Ускорение твердения бетона. М. Стройиздат 1964 г.

25. Миронов С. А., Глазырина Е. Г., Саакян М. О. Влияние раннего замораживания на процессы гидратации цемента. М. Стройиздат 1970 г.

26. Миронов С. А., Лагойда А. В. Бетоны твердеющие на морозе. М. Стройиздат 1974 г.

27. Миронов С. А. Теория и методы зимнего бетонирования. М. Стройиздат 1975 г.

28. Головнев С. Г. Технология строительных процессов, часть 2. Технология зимнего бетонирования. Челябинск 2000 г.

29. Головнев С. Г., Юнусов Н. В. Зимнее бетонирование. Текст Челябинск 1986 г.

30. Головнев С. Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования. Ленинград. Стройиздат 1983 г.

31. Головнев С. Г., Капранов В. В. Зимнее бетонирование на Южном Урале. Челябинск 1974 г.

32. Абрамзон А. А. Поверхностно- активные вещества. JI. Химия 1975 г.

33. Адамович А. И. Электронно-микроскопическое исследование кристаллообразований при гидратации минералов цементного клинкера и адсорбированного модифицирования под воздействием ПАВ. Труды совещания по химии цемента. Промстройиздат1990 г.

34. Арбеньев А. С. Зимнее бетонирование конструкций. Текст лекций Владимир 1994 г.

35. Арбеньев А. С. Технология бетонирования с электроразогревом смеси. М. Стройиздат 1975 г.

36. Ахвердов И. Н. Основы физики бетона. М. Стройиздат 1981 г.

37. Ахундов А. А., Гудков Ю. В., Иваницкий В. В. Пенобетон -эффективный стеновой и теплоизоляционный материал. Журнал Строительные материалы. 2001 г. №5.

38. Баженов Ю.М. Технология бетона. Москва, Изд-во Высшая школа. 1978 г.

39. Баранов А. Т. Пенобетон и пеносиликат. М. Промстройиздат, 1956 г.

40. Бахтияров К. И., Баранов А. Т. Зависимость основных механических свойств ячеистого бетона от объемного веса. М. Стройиздат 1968 г.

41. Бакшеев Д. С., Зубков В. И. Зимнее бетонирование конструкций на Крайнем Севере. Учебное пособие. Норильск 1997 г.

42. Беркман Р. Теплопроводность твердых тел. М.: Мир, 1979.

43. Бессер Я. Р. Методы зимнего бетонирования. М. Стройиздат 1976 г.

44. Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. Москва, 1964 г.

45. Вальт А. Б. Технологические основы зимнего бетонирования с применением шлакощелочных вяжущих. Челябинск 1995 г.

46. Волосян JI. Я., Романовский С. Г. Массо и теплоперенос и физико-химические особенности процесса твердения бетона при тепловлажностной обработке в электромагнитном поле. Вести АН БССР 1968 г.

47. Галкин И. Г. Выбор эффективного способа зимнего бетонирования. М. Стройиздат 1951 г.

48. Горлов Ю. П. Лабораторный практикум по технологии теплоизоляционных материалов. М. Высшая школа 1969 г.

49. Дульнев Г.Н., Заречняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974.

50. Естемесов 3. А., Махамбетова У. К., Салтамбеков Т. К. Особенности процессов гидратации легких материалов с пенообразователями. Журнал Цемент 1998 г. №1. с 35-37.

51. Журавлев В. П. Массоперенос при термообработке и сушке капилярнопористых строительных материалов. Минск. Наука и техника 1972 г.

52. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский А.А. Тепловыделение бетона. Москва, 1966.

53. Зубков В. И. Расчет температурного режима бетона при выдерживании бетона с прогревом. Рекомендации РИЛЕМ по бетонированию в холодную погоду. Финляндия 1988 г.

54. Зубков В. И., Лагойда А. В. Расчет температурного режима бетона при безобогревном выдерживании бетона. Рекомендации РИЛЕМ по бетонированию в холодную погоду. Финляндия 1988 г.

55. Зубков В. И. Зимнее бетонирование гидротехнических сооружений. Учебное пособие. Новосибирск 1988 г.

56. Исоев С.И. Теория теплового обмена. Москва, 1979.

57. Карявин А. В. Разработка технологии раздельного бетонирования протяженных конструкций в зимних условиях.

58. Автореферат Ростов на Дону 2001 г.

59. Кауфман Б.Н. Теплопроводность строительных материалов. М.: Стройиздат, 1955.

60. Криворотов А. С., Николаев К. Л. Электропрогрев бетона. Опыт Магнитостроя. Челябинск. Юж. Уральск. Кн. Издательство. 1977 г.

61. Кругляков П. М., Ексерова Д. Р. Пена, пенные пленки. М. Химия 1990 г.

62. Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов. М. Стройиздат 1970 г.

63. Красновский Б. М. Развитие теории и совершенствование методов зимнего бетонирования. Автореферат М. 1988 г.

64. Кокки П., Микеля X. Строительство в зимних условиях. Теплозащита и экономия энергии. Пер. с финск., М. Стройиздат 1986 г.

65. Кудряшов И. Т. Конструктивный ячеистый бетон. Исследования по ячеистым бетонам. М. 1953 г.

66. Ларионова 3. М. Формирование структуры цементного камня и бетона. М. Издательство литературы по строительству 1971г.

67. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М. Высшая школа. 1967 г.

68. Лукьянов В. С. Расчеты температурного режима бетонных и каменных конструкций при зимнем производстве работ. М. Трансжелдориздат. 1934 г.

69. Малинина С. А. Тепловая обработка бетона. М. Стройиздат. 1967 г.

70. Малинина С. А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона. М. Стройиздат. 1977 г.

71. Магдеев У. X., Гиндин М. Н. Современные технологии производства ячеистого бетона. Журнал Строительные материалы 2001 г. №2.

72. Махамбетова У. К., Солтамбеков Т. К., Естемесов З.А. Современные пенобетоны. С-Пб. ПГУПС 1997 г.

73. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, Жидкостей газов и их композиций.-М.: Мир, 1968.

74. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. Москва, 2000 г.

75. Мильнер X. Д. Опыт внедрения эффективных методов зимнего бетонирования в ЛПСМО Главзапстроя. Ленинград. Стройиздат 1989 г.

76. Михеев М.А. Способы теплопередачи. Москва, 1977.

77. Мотылев Р. В. Методика экономической оценки технологий ускорения твердения бетона и зимнего бетонирования. ГАСУ1. Санкт-Петербург 2001 г.

78. Мягков А. Д. Совершенствование технологии зимнего бетонирования тонкостенных и малообъемных монолитных конструкций на основе электропрогрева бетона, содержащего противоморозные добавки. Автореферат ЦНИИОМТП М. 1983 г.

79. Овчинникова В.П. Получение и свойства бетонов с добавками новых типов. Авт. дис. к.т.н. СПб.:тип. ПГУПС, 1995, 24С.

80. Охотин А.С. Модели теплопереноса в концентрированных средах. Москва 1990.

81. Пухаренко Ю. В. Перспективы применения ячеистого фибробетонав суровых климатических условиях. // Апатиты 2003 г. с208-211.

82. Романова Н. А. Твердение и свойства бетонов с комплексными добавками применительно к зимнему бетонированию. Автореферат М. НИИЖБ 1982 г.

83. Ратинов В. Б., Розенберг Т. Н. Добавки в бетон. М. Стройиздат 1989г.

84. Ратинов В. Б., Шейкин А. Е. Современные воззрения на процессы твердения портландцемента и пути их интенсификации. М. Стройиздат 1965 г.

85. Сименков Е. С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М. Стройиздат.

86. Сватовская JL Б. Введение в инженерно-химические основы свойств твердых пен. Сб. трудов, Инженерно-химические проблемы пеноматериалов третьего тысячелетия. С-Пб ПГУПС 1995 г, с 5-17.

87. Соловьева В. Я., Сватовская JI. Б., Хитров А. В. Влияние природы вяжущего, пены и наполнителя на свойства пенобетонов. Сб. трудов, Инженерно-химические проблемы пеноматериалов третьего тысячелетия. С-Пб ПГУПС 1995 г, с 18-32.

88. Сухов В. Г., Трифонов Ю. П. Новые технологии и установка непрерывного приготовления пенобетона под давлением. Журнал Строительные материалы. 1999 г. №7, 8.

89. Трифонов Ю. П., Сухов В. Г. Приготовление пен и пенобетонных смесей в условиях закрытой системы. Журнал Строительные материалы. 2001 г. №2.

90. Тихомиров В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М. Химия 1983 г. 264 с.

91. Франчук А.У. Теплопроводность строительных материалов в зависимости от влажности. -М.: Стройиздат. 1971.

92. Шишкин В. В. Электропрогрев бетона в зимних условиях (из опыта •4 треста «Кинешмастрой»). Промышленное строительство №4 1983 г.

93. Шишкин В. В. и др. Зимнее бетонирование перекрытий Дома книги в Москве. На стройках России №2 1985 г.

94. Шишкин В. В., Лейбович С. С. Для прогрева бетона. Строитель №2 1985 г.

95. Шпанко С. Н. Энергосберегающая и щадящая технология зимнего ^ бетонирования строительных конструкций. Автореферат1. Новосибирск 2001 г.

96. Щербак М. В. Методические рекомендации по применению нагревательных проводов для электропрогрева монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

97. Алма-Ата. Стройиздат 1986 г.

98. Якубов В. И., Оглобина Е. А., Оглобин И. В. Безавтоклавный

99. Пенобетон для малоэтажных жилых зданий. Тезисы докл. Научнотехническая конференция. С-Пб ПГУПС 1999 г.

100. Мчедлов-Петросян О. П., Чернявский В. Л. Структурообразование и твердение цементных паст и бетонов при пониженных температурах. Киев. «Буд1вельник» 1974 г.

101. Бровка Г. П. Тепло и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании. Минск «Наука и техника» 1974 г.

102. Вопросы общей технологии и ускорения твердения бетона. М. Стройиздат 1970 г.

103. Греющие термоактивные провода для электротермообработки свежеуложенной бетонной смеси. Информ. Выпуск №8 М. МО СССР 1989 г.

104. Добавки в бетон//под ред. В.С.Рамачандрана. Пер. с англ.-М., ф изд-во Стройиздат.-1988.-575С.

105. Дайджест публикаций журнала «Строительные Материалы» за 1997-2001 гг. по тематике: «Ячеистые бетоны производство иприменение». М. ООО РИФ «Стройматериалы».

106. Журнал «Популярное бетонирование» №1 2004 года.

107. Журнал «Популярное бетонирование» №2 2004 года.

108. Зимнее бетонирование и тепловая обработка бетона. НИИЖБ М. Стройиздат 1975 г.

109. Исследования по пористому бетону с применением "NEOPOR-600", проведенные институтом по строительной технике в Рыбинске. 1995г.

110. Рекомендации по приготовлению и применению легкого ячеистого бетона "NEOPOR", 1995 г.

111. Непрерывный электроразогрев бетонной смеси в строительстве. Ленинград. Март 1991 г., тез. доклада. ПО-3 Ленуприздата 1991 г.

112. Опыт применения противоморозных добавок нового типа. Тез. док. III научно-технической конференции СПб ГТИ (ТУ), посвященной памяти М.М.Сычева (соавторы Овчинников В.П. Подуременных Т., Зарубина А.), 2000, 49С.

113. Опыт применения монолитного пенобетона. Сборник научных трудов. С-Пб ПГУПС 1999 г. с 72-76.

114. Подстанция трансформаторная комплектная для термообработки бетона и грунта КТПТО-80. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

115. Технология бетонов для условий Сибири. Омск ОмПИ 1986 г.

116. Технология пенобетона фирмы "Edama". Рекламная брошюра "Edama". 1995 г.

117. Ячеистый легкий бетон "Neopor". Рекламная брошюра "Neopor". 1994 г.