автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Заводская технология производства составных панелей наружных стен с разъемными связями

73 ОД

На правах рукописи

3 и т 1953

Инженер Михаил Юрьевич Граник

"Заводская технология производства составных панелей наружных стен с разъемными связями "

05.23.08 - Технология и организация промышленного и гражданского строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997г.

ЦНИИЭП жшшща. направляет Вам автореферат диссертации инженера Гранина М.Ю.

Диссертация выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектном институте индивидуального и экспериментального проектирования жилища (ЦНИИЭП жилища).

Научный руководитель: д.т.п., профессор Р.В.Крюков

Официальные оппоненты:

д.т.н., проф. 10. Б. Монфред к.т.н., проф. А. Н. Спивак

Ведущая организация: Государственный проектно-конструкторский институт по разработке оборудования, технологических линий н заводов для производства строительных изделии (Гииростроммаш)

Защита диссертации состоится слуэ'»/¿Р/ 1998 г. в 10 час.

на заседании диссертационного Совега К.033.1401 в ЦНИИЭП жилища по адресу: 127434, г.Москва, Дмитровское шоссе, д.9, корп.Б.

С диссертацией можно ознакомиться в методфонде ЦНИИЭПжилища.

Автореферат разослан "_"_1998 г.

Ученый секретарь Совета, к.т.н., с.н.с.

Т.К. Данилина

Введение

Актуальность работы. В рыночных услопнях для дальнейшего развития индустриального домостроения важное значение приобретает проблема совершенствования архитектурных, конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств панелей наружных стен. Это обусловлено тем, что внешнее оформление папелеП НС в значительной степени определяет архитектурный облик здания, а их существенная бстоносм-кость (до 31-33% от расхода бетона в целом на здание) и трудоемкость (25-28%) влияют на стоимость строительства. Велика роль наружных стеновых панелей и при эксплуатации здания, поскольку на их долю приходится 74-84% тепловых потерь здания , а с ростом этажности за счет увеличения площади поверхности наружных стен эти потери'воз-растают.

В связи с выходом "Изменения N3 строительных норм и правил СНпП П-3-79. "Строительная теплотехника", принятым постановлением Минстроя за № 18-81 от 11 августа 1993 г., резко возрастают требования к тепловой защите зданий. Уже на первом этапе (до 2000 г) требуемое приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен жилых, лечебных, школьных здании увеличивается вдвое, а на втором - в 3,3 - 3,4 раза.

Как показали расчеты и проектные проработки ЦНИИЭП жилища новому СНиПу удовлетворяют только конструкции трехслойных панелей с гибкими связями и эффективным утеплителем. В регионах с ГСОП <4600 на первом этапе при соответствующем техннко-экоиомлческом обосновании возможно изменение трехслойных панелей с легкобетонными ребрами. Все однослойные наружные стены, в том числе легкобетонные, кирпичные, яченсто-бетоиные (при плотностн более 550 кг/куб.м), и даже деревянные, не отвечают новым теплотехническим нормативам.

Конструктивные особенности трехслойных панелей наружных стен (наличие прошводояедевого гребня, контурных ребер и оконных четвер-

тей в наружном слое) затрудняет их формование фасадной поверхностью вниз, при котором возможно применять разнообразные способы отделки (облицовка плиткой, рельеф на матрицах, обнажение заполнителя, ковровая мозаика и др.). Поэтому в нашей стране и за рубежом трехслойные панели формуют в основном фасадной стороной вверх, что существенно ограничивает вариантность их отделки и архитектурные качества.

В связи с этим целесообразно рассмотреть составные трехслойные панели наружных стен, у которых при раздельном формовании скорлуп обеспечивается возможность вариантной отделки фасадных поверхностей, использование разных видов эффективных утеплителей, в том числе и таких, какие нельзя применять при изготовлении традиционных трехслойных (сминаемые, заливочные, рулонные и т.п.), а также осуществлять формование железобетонных скорлуп в горизонтальном и вертикаль- ' ном положении. Однако, для этих панелей еще не решены важные вопро-. сы, связанные с разработкой их рациональной конструкции и, в первую очередь, связей между железобетонными скорлупами, технологией их формования, сборки, а также разработки нетрудоемких заливочных утеплителей. Решение комплекса этих проблем позволит решить актуальную задачу создания эффективных наружных ограждений индустриальных зданий. "

Цель работы состояла в научном обосновании и разработке технологических решений различных конструкций составных трехслойных панелей наружных стен, способов их заводского производства, обеспечивающих высокое качество и вариантность отделки фасадных поверхностей, возможность использования разных видов эффективного утеплителя и варьирование в широком диапазоне теплозащитных характеристик изделий без изменения режимов изготовления, оборудования, форм и ост-настки.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Выбор и изучение эффективных способов формования железобетонных скорлуп в вертикальном и горизонтальном положениях из пластифицированных смесей при минимальных динамических воздействиях, а также отработка технологических параметрах формования скорлуп из жестких смесей в горизонтальном положении на виброударных площадках.

2. Определение составов и технологии приготовления и укладки заливочных утеплителей для составных панелей наружных стен.

3. Разработка принципиальных конструктивно-технологических вариантов панелей и разъемных связей с расчетными схемами их работы и определением несущей способности.

4. Изучение рациональных способов механизированной сборки панелей наружных стенпри использовании различных эффективных утеплителей, в том числе плитных, рулонных и заливочных.

5. Технология изготовления и установки накладных архитектурных деталей.

6. Технико-экономический анализ и разработка целесообразных схем организаций производства составных трехстопных панелей по предлагаемой технологии для заводов различной мощности.

7. Проверка предлагаемой технологии и выявление фактических количественных показателей и качественных характеристик изделий в процессе изготовления опытной партии изделий.

В работе выдвинута гипотеза, что за счет раздельного формования технологичных железобетонных скорлуп и их последующей сборки посредством разъемных связей в трехслойную конструкцию с эффективным утепляющим слоем на механизированных кондукторах-стендах, можно добиться высокого качества наружных ограждений, их разнообразной отделки, варьирования в широком диапазоне теплозащитных характеристик без изменения режимов изготовления, используемого оборудования и форм, а также достижения высоких технико-экономических показателей

производства. При этом благодаря применению рациональных конструктивно-технологических решений разъемных связен можно обеспечить требуемую точность сборки панелей и исключить перерасход стали на устройство связей.

На защиту выносятся основные научные положения:

- заводская технология формования железобетонных скорлуп составных панелей наружных стен в горизонтальном положении на внбро-ударных площадках секционного типа с селективной генерацией ударных (М Гц; А=1,2 - 4 мм) и вибрационных (£=50 Гц; А=0,1 - 0,5 мм) колебаний и.в вертикальных формах из пластифицированных бетонных смесей рациональных составов подвижностью 14 и 16-18 см ОК с применением глубинной вибрации (Г= 175-200 Гц; А=0,3 - 0,35 мм), прочность бетона, подвергнутого тепловлажностной обработке с разной продолжительностью предварительной выдержки, с малыми дозировками (до 0,36% от массы цемента) суперпластификатора С-3;

- конструктивно-технологические решения составных панелей наружных стен с разъемными связями в виде трехлучевых и отдельных пластин и стержней, расчет прочности металлических деталей связей и зон ан-керовки, а также технологические и конструктивные решения накладных архитектурных деталей и способы их крепления к фасадным скорлупам составных панелей при помощи резьбовых, фрикционных и сварных соединений;

- составы и технология приготовления и укладки заливочного утеплителя на основе гранул' пенополистирола, вспененного гипсоцементно-пуццоланового теста, латекса и синтетических пенообразователей, который через 30 минут после заливки набирает достаточную транспортную прочность 4-6 кПа и к 28-суточному возрасту имеет плотность 100-130 кг/куб.м и коэффициент теплопроводности 0,055-0,060 Вт/м.К.

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

Научную новизну работы составляют количественные зависимости между режимами предлагаемых способов формования железобетонных скорлуп в вертикальном и горизонтальном положениях и их качественными характеристиками; конструктивно-технологические решения составных панелей НС с различными видами разъемных связей и формулы определения усилий в связях и зонах анкеровки выпусков; зависимость величин подвижности и прочности заливочного утеплителя от расхода входящих в него компонентов.

Практическая ценность работы состоит в том, что предлагаемая технология производства составных панелей наружных стен позволяет обеспечить высокое качество изделий, применить разнообразные варианты отделки фасадных поверхностей, дает возможность использовать различные виды эффективных утеплителей, в том числе заливочные, сминаемые и разрушающиеся при тепловлажностной обработке, и варьировать в широком диапазоне теплотехническими характеристиками изделий без изменения производства, оборудования, форм и оснастки, а также снизить их заводские затраты на 4,4-18,1%, приведенные затраты на 21% и капитальные вложения на 27-34% по сравнению с изготовлением трехслойных панелей с гибкими связями.

Освоение данной технологии действующими заводами позволит.по-высить технические качества изделий и увеличить вариантность решения фасадных поверхностей без значительных капитальных вложений.

Предлагаемая технология может применяться в различных климатических зонах страны на предприятиях крупнопанельного домостроения.

Внедрение результатов работы осуществлено при изготовлении опытной партии из 11 составных панелей в экспериментальном цехе ЦНИИЭПжилища и при разработке альбома рабочих чертежей составных панелей, выпущенных ЦНИИЭПжилища.

Публикации. Основные результаты проведенной работы опубликованы в 4 печатных трудах. По тематике исследований получено 8 авторских свидетельств и патентов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и содержащей 79 наименований библиографии, изложена на 170 страницах машинописного текста, включает в себя 35 иллюстраций, 21 таблицу, 11 страниц приложения.

В первой главе сформулирован ряд архитектурных, конструктивных, эксплуатационных, технологических и экономических требований, предъявляемых к современным панелям наружных стен, и на этой основе рассмотрено соответствие существующих конструкций панелей этим требованиям.. Показано, что новым теплотехническим требованиям в полной мере удовлетворяют только слоистые панели с эффективным утеплителем и дискретными металлическими связями между наружной и внутренней железобетонными скорлупами, в том числе трехслойные панели с гибкими связями. Такие панели соответствуют практически любым значениям требуемого приведенного сопротивления теплопередаче, а по несущей способности могут проектироваться как несущими, так и навесными.

Основные недостатки трехслойных панелей с гибкими связями обусловлены технологией изготовления. Из-за сложности формования этих панелей лицевой поверхностью вниз ограничиваются возможности отделки их фасадных поверхностей; а послойное бетонирование с последующей тепловлажностной обработкой делает невозможным использование значительной части эффективных утеплителей, не обладающих достаточной механической прочностью, в том числе сминаемых и заливочных, а также стойкостью к воздействию пара и повышенным температурам.

Кроме того, при необходимости повышения теплозащитных характеристик таких панелей, как это необходимо в настоящее время, требуется смена бортовой оснастки форм, что связано со значительными единовременными затратами и потерями времени.

Как показал анализ существующего домостроительного производства, от этих недостатков можно избавиться при использовании составных панелей с разъемными связями. Благодаря раздельному

формованию железобетонных скорлуп и их последующей сборке возможна любая отделка фасадных поверхностей панелей, включая использование накладных архитектурных деталей, нет ограничений для использования эффективных утеплителей, в том числе заливочных, рулонных и сминаемых, строго соблюдаются проектные теплозащитные характеристики благодаря гарантированному выдерживанию толщины слоя утеплителя, а также легко и просто осуществляется переход на практически любую требуемую его толщину за счет изменения длины связей.

Формование однослойных железобетонных скорлуп значительно проще, чем послойное бетонирование, и может осуществляться как в горизонтальном, так и вертикальном положениях при любой схеме организации производства (стендовой, агрегатно-поточной и конвейерной).

В то же время существующий опыт производства небольших партий составных панелей показывает неудовлетворительность решения соединения скорлуп с помощью, в основном, сварных накладных деталей, недостаточную эффективность применявшихся способов формования скорлуп и их последующей сборки, вследствие чего имели место более высокие затраты на изготовление таких панелей в сравнении с традиционным изготовлением трехслойных панелей с гибкими связями.

На устранение указанных недостатков направлены описанные ниже исследования.

Вторая глава посвящена разработке конструктивно-технологических принципов решения составных панелей. Технология их изготовления, особенно сборка, в значительной степени зависит от способа соединения железобетонных скорлуп, числа и конструкций связей между ними, а также мест их расположения.

Установлено, что для надежного крепления скорлуп между собой достаточно иметь две связи-распорки и две связи-подвески, расположенные по торцам панелей (или в оконных проемах) в двух уровнях. При этом, связи-подвески целесообразно размещать в нижнем уровне,

поскольку навешиваемая фасадная скорлупа в таком случае работает на сжатие и проще осуществляется сборка панели. Связи-подвески могут располагаться таким образом, что крутящий момент воспринимается либо тонкой ненесущей армированной сеткой наружной скорлупой, либо - более массивной армированной каркасами внутренней несущей скорлупой. Расчеты показали, что второй вариант является более предпочтительным.

Величины усилий в лучах связи-подвески зависят не только от приложенной, нагрузки Р, но и от геометрических характеристик связи. При. этом несущая способность растянутого луча связи-подвески определяется из простых геометрических соображений, в то время как на несущую способность сжатого луча влияет фактор продольного изгиба. Для расчета критического усилия при сдвиге скорлупы по несущей способности сжатого луча связи-подвески Ркр предложена формула: Ркр= [c]-<p-F(!gacas[S+s\Tip)

где

F - площадь поперечного сечения сжатого луча;

а , р - соответственно углы между горизонталью и растянутым и сжатым лучем:

Ф - коэффициент понижения допускаемого напряжения на сжатие при продольном изгибе, определяемый по приведенной гибкости X.

Значение X (для прямоугольного сечения) определяется по формуле:

/г-Лг . а h cos ¡J

где

¡л - коэффициент приведенной длины;

h - толщина пластины;

а - горизонтальная проекция расстояния между точками крепления сжатого луча на фасадной и внутренней схорлупах.

Поиск / оптимального значения угла наклона Зо сжатого луча показал, что при угле ро я 15° ± 2,5° достигается максимальное значение Ркр, в то время как в растянутом луче усилие изменяется в пределах ± 4%. Исходя из этого следует назначать геометрические размеры связей.

Потеря несущей способности связи-подвески может наступить в результате образования и раскрытия трещин в бетоне возле металлических выпусков. Под действием нагрузки возможны два вида исчерпания несущей способности: первый - в результате текучести стали выпуска и раздавливания бетона под ним, второй - вследствие раскалывания бетона под выпуском. В соответствии с этим несущая способность выпуска в первом случае определяется по формуле

£>в = 1,3-Лв- ■ у/Яцт -Ли , (Н) а во втором - по формуле

£ * Всг = 5-(1в-сЛв1т-, (Н)

0,6 б-С+£/в 1

где

<3в - диаметр выпуска (мм);

Яцт - цилиндрическая прочность бетона ( 0,8Клр) в МПа; Лэп - нормативная прочность стали на растяжении в МПа; с - толщина слоя бетона по линии действия силы (мм); ЯвШ - прочность бетона при растяжении (МПа), определенная по эмпирической формуле

К.в№1 = 0,5'/^ , где К - фактическая хубиковая прочность в кгс/кв.см. Расчеты и экспериментальные данные показали, что второй вид разрушения является основным, хотя расчетные значения несущей способности выпуска оказались значительно меньше, нежели полученные в опытах. Это обусловлено влиянием косвенного армирования, с учетом которого усилия растяжения Б и сжатия Т, воспринимаемые выпусками, определяются по формулам:

Б < Осг<» + ЮвО) Т < Бсг«> + Юв<->

где

ОсгО , Ос1<2> - несущая способность соответственно верхнего и нижнего выпусков связи-подвески;

Ц)в<'> , 2Юв<2> - суммарная несущая способность всех стержней, пересекающих трещины соответственно в зонах верхнего и нижнего выпусков.

Экспериментальное определение несущей способности конструктивно-технологических вариантов осуществляли путем статических испытаний фрагментов составных панелей в лаборатории прочностных испытаний ЦНИИЭП жилища при участии автора. Эти испытания подтвердили правильность предложенной методики расчета связей и, в то же время, позволили скорректировать ее отдельные положения, а также выбрать наиболее удачные решения связей.

Связи из отдельных пластин, как показали результаты испытаний, обеспечили восприятие сдвиговых усилий скорлуп 111 кН, что в 2,85 раза превышает расчетную • ■ нагрузку Мк = 39 кН (для панелей

длиной до 3,6 м). Смещение скорлуп относительно друг друга при № = 39 кН составляет 1 мм, что ниже допускаемого О = 2,0 мм.

Трехлучевые связи дают несколько худшие результаты, обеспечивая несущую способность панели при сдвиге скорлуп 75 кН, что выше № в 1,9 раза. При этом смещение скорлуп друг относительно друга при № = 39 кН также не превысило 1 мм.

и - образные связи хотя и имеют коэффициент запаса 1,7 не обеспечивают требуемой величины сдвиговых деформаций, поскольку из-за малой жесткости самих связей взаимное смещение скорлуп составило 4 мм, что выше допускаемого в 2 раза.

Таким образом разработанные варианты связей, за исключением и - образных, обеспечивают равнопрочность конструкции, при которой исчерпание несущей способности наступает при практически одновременном разрушении металлических и железобетонных частей, быструю сборку и надежную взаимную фиксацию скорлуп без помощи сварки при использовании резьбовых и безрезьбовых соединений, что подтвердило

высказанное в рабочей гипотезе положение о возможности достижения требуемой быстроты и точности сборки составных панелей без перерасхода стали на устройство связей.

В третей главе изложены результаты исследований технологии формования железобетонных скорлуп составных панелей в горизонтальном положении.

Раздельное формование скорлуп составных панелей упрощает их бетонирование и позволяет выбрать наиболее эффективные виды уплотнения бетонной смеси. В результате анализа современных способов формования железобетонных изделий в горизонтальном положении в качестве наиболее предпочтительных были выбраны интенсивный виброударный с раздельным подводом вибрационных и ударных импульсов и укладка пластифицированных бетонных смесей с минимальным воздействием на них вибрационных импульсов.

Поэтому в экспериментальном цехе ЦНИИЭП жилища были проведены исследования, цель которых состояла в определении прочности бетона фрагментов скорлуп панелей и качества (пористости) лицевых поверхностей в зависимости от их рельефа, состава используемой бетонной смеси и параметров динамических воздействий на смесь. Фрагмент наружной скорлупы размером 1480x880x180 мм имел три типа фасадных поверхностей: гладкую, мелкий (Ь=40 мм) рельеф и каннелюры (11=80 мм). Формование фрагментов выполняли в стальной форме со специальным вкладышем-поддоном, установленной на виброударной площадке грузоподъемностью 15 т. Площадка имела независимые приводы ударных (частота 300 уд/мин, амплитуда 1,2 мм) и вибрационных (частота 50 Гц, амплитуда 0,1 - 0,5 мм) колебаний. Различные виды механического воздействия на бетонную смесь (вибрацию, удар, виброудар) осуществляли путем включения соответствующих приводов виброударной площадки. Констенцшо бетонной смеси изменяли от умеренно жесткой (Ж = 15-20 с) до малоподвижной (ОК =2-4 см). Качество лицевых поверхностей оцени-вали по адаптированной методике ВНИИ железобетона.

Выполненные эксперименты показали, что для получения требуемой прочности и качества поверхности скорлуп наиболее предпочтительны при уплотнении малоподвижных смесей виброудар и станковое вибрирование. При формовании скорлуп из жестких (Ж = 15-20 с) бетонных смесей надлежащее качество лицевых поверхностей (категория АЗ) достигается только при виброударном способе и лишь для гладких и рельефных поверхностей. Поэтому для получения высококачественных поверхностей всех требуемых видов предпочтительно использование малоподвижных (или подвижных) бетонных смесей.

. Применение пластифицированных добавхой С-3 беггонных смесей подвижностью 10-12 см и более обеспечивает надежное проформовывание всех видов испытанных поверхностей (гладких, рельефных, с каннелюрами) при достижении высококачественных лицевых поверхностей. Предварительная выдержка перед тепловой обработкой пластифицированных бетонных смесей при дозировке С-3 в диапазоне 0,29-0,36% от массы цемента может быть ограничена 2 часами, что не вызывает падения прочности бетона. При одночасовой предварительной выдержке в тех же условиях снижение прочности бетона не превышает 4-6%.

Таким образом, рекомендуемые технологические параметры формования скорлуп из пластифицированных бетонных смесей можно применять на большинстве современных конвейерных линий без снижения их производительности или добавления дополнительных технологических постов.

Четвертая глава содержит исследования технологии формования скорлуп составных панелей в вертикальном положении. Как было отмечено, раздельное изготовление железобетонных скорлуп позволяет формовать их не только в горизонтальном, но и вертикальном положении по компактной экономически выгодной кассетной технологии, хотя в этом случае ограничивается разнообразие видов отделки лицевых поверхностей фасадных скорлуп составных панелей. Поскольку в данном случае необходимо формовать тонкостенные (80-120 мм) густоармированные изделия с большими проемами (окна, балконные

двери), какие практически не изготовляли по кассетной технологии, потребовалось проведение комплекса исследований по определению рациональных параметров их формования.

В результате анализа существующих способов кассетного формования была принята технология глубинного виброуплотнения пластифицированной бетонной смеси с отработкой рациональных режимов тепловой обработки изделий. В целях сокращения объемов экспериментов и получения количественных зависимостей между составами пластифицированной бетонной смеси и режимом тепловой обработки на подвижность смеси и прочность бетона был использован метод математического планирования.

В результате были получены следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс:

- для описания прочности бетона после ТВО

У1= 17,375-0,225Х, - 0,2Хз +0,55X3 +0,6X4 +0,225ХзХ.

- для описания 23-дневной прочности бетона

Уз=27,^25-0,1875X1 - 0,6125Х2 + 0,55Хз+0,475X4 +0,2125X2X3X4

- для описания подвижности бетонной смеси

Уз = 12+3X1 - XI

В этих уравнениях в качестве входных параметров приняты Х1 -расход суперпластификатора С-3 в% от массы цемента на сухое вещество; X: - соотношение между мелким й крупным заполнителем го ; Хз -продолжительность предварительной выдержки, и, Х4 - продолжительность подъема температуры до 80 град.С, ч.

Анализ экспериментальных данных и уравнений регрессии показал, что с увеличением расхода С-3 (Х1 ) прочность снижается, а подвижность возрастает. Возрастание доли песка (Х2) в смеси приводит к падению как прочности, так и подвижности смеси. Увеличение продолжительности предварительной выдержки (Хз) и продолжительность подъема температуры (X 4) повышает прочность бетона.

На основе полученных уравнений построены изоповерхности прочности бетона, подвижности смеси и проанализирована область, отвечающая предъявленным к бетону требованиям (рис. 1), Во всех опытах была достигнута требуемая прочность бетона 25 МПа, даже в случае наиболее жестких режимов тепловой обработки. Подвижность бетонной смеси при глубинном виброуплотнении в кассетах должна быть в пределах 10-14 см ОК, что и является ограничением искомой области.

Для проверки полученных данных на натурых образцах скорлуп и для отработки режимов глубинного виброуплотнения в цехе ЦНИИЭП жилища на кассетно-клиновой установке был выполнен ряд экспериментов. Исследования проводили на подвижных (ОК = 14 см) и литых смесях (ОК = 16-18 см). Уплотнение бетона производили глубинными пневматическими вибраторами диаметром 42 мм конструкции ЦНИИЭП жилища, одним из разработчиков которых являлся автор.

1

В результате проведенных экспериментов показано, что заданный класс бетона по прочности скорлуп был обеспечен для всех изделий, при этом изменения прочности по высоте изделия для смесей различной подвижности находятся в диапазоне 6-9%. Проформовывание подоконного пространства схорлуп удовлетворительное. Облегчению этого процесса способствует наличие отверстий в нижней часта грани оконного проемообразователя и вибропроработка бетонной смеси в течение всего процесса заполнения формовочной полости.

Пористость поверхностей скорлуп примерно одинакова как для подвижных, так и для литых смесей и составляет от 10 в нижней части до 55 в верхней части кв.см/кв.м., что соответствует категории АЗ по ГОСТ 13015.0-83*. Пористость поверхности в подоконной зоне приблизительно соответствует пористости в средней части простенка скорлупы. Влияние на прочность изделия подвижности бетонной смеси и толщины скорлупы незначительно и находится в пределах погрешности эксперимента.

- H -

Рис.1.

Пятая глава посвящена разработке технологии сборки составных панелей на домостроительных предприятиях. Изготовление составных панелей отличается от традиционных способов производства панелей наружных стен процессом сборки отдельных деталей в единое готовое изделие, что требует наличия сборочного участка, оборудованного специальными механизмами и устройствами. Являясь заключительным процессом, сборка в значительной степени определяет точность выдерживания проектных размеров, трудоемкость и длительность изготовления, панели, последовательность выполнения операций при использовании разных видов утеплителей и приемов отделки.

Чтобы составные панели по техническим и экономическим показателям не уступали традиционно изготовляемым панелям наружных стен, необходимо разработать рациональные технологические способы сборки, применяя новые виды утеплителей, например, заливочные, используя архитектурные накладные детали при разнообразной номенклатуре изделий и т.п. Наиболее целесообразно использование заливочных эффективных утеплителей, поскольку в этом случае исключаются подготовительные операции раскроя и подгонки плит утеплителя и их надежного крепления к скорлупе, обеспечивается плотное прилегание утеплителя к бетонным поверхностям, легко механизируется и интенсифицируется процесс сборки.

Устройство теплоизоляционного слоя из заливочных утеплителей предполагает наличие определенных свойств у используемой композиции, а также предъявляет ряд технологических требований к применяемому оборудованию. В работе сформулированы эти требования и на их основе выбраны исходные составы заливочных композиций в виде разных видов вспененного минерального теста, выполняющего роль связки для гранул пенополи стирола, в сочетании с различными ускорителями схватывания (твердения). В качестве минерального вяжущего использовали обычный портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, пуццолановый портландцемент, гипс и гипсоцементнопуццолановое вяжущее. Предварительные оценочные исследования показали, что.

наилучшие результаты по плотности и набору прочности получаются при использовании в качестве вяжущего ГЦПВ с 10% содержанием пуццоланового цемента в сочетании с латексом (пластификатор), хлоридом натрия (ускоритель схватывания) и новым видом пенообразователя ТЭАС, на которое получено авторское свидетельство.

Для отработки рационального состава этого заливочного утеплителя была проведена серия экспериментов на основе методов математического планирования.

В качестве входных параметров были приняты водовяжущее отношение (X О, расход латекса в % от массы вяжущего на сухое вещество (X :), расход пенообразователя ТЭАС в литрах на кубометр смеси (Хз) и расход ускорителя твердения №С1 в % от массы вяжущего (Хл).

Во всех опытах в соответствии с матрицей планирования определяли подвижность композиции и ее прочность через 30, 90 мин. после укладки и в возрасте 28 суток, а также объемную массу в сухом состоянии. Подвижность композиции определяли по ГОСТ 10180.1-81 величиной осадки стандартного конуса в сантиметрах, но без уплотнения смеси. Плотность определяли в воздушно-сухом состоянии взвешиванием образцов-кубов 10x10x10 см. Определение прочности на сжатие таких кубов в 28-суточном возрасте выполняли согласно ГОСТ 10180-78 на прессе, а кубов 30-ти и 90-минутного возраста - пригружением их инвентарными грузами до разрушения. Механизированное приготовление состава осуществлялось в такой последовательности. В 14-ти литровую емкость загружали б л вспененных гранул ППС, а в воде затворения растворяли все компоненты, кроме ГЦПВ. Полученный раствор выливали в смесительную емкость и с помощью электродрели со специальной смесительной насадкой осуществляли промешивание композиции до ее вспенивания. После этого, не прекращая смешивания, в емкость высыпали ГЦПВ до получения однородной смеси. Вспененной композицией заполняли стандартный конус и после определения осадки вновь загружали композицию в емкость и перемешивали. Затем смесь укладывали в формы кубов-десяток.

В результате проведенных экспериментов были получены следующие уравнения:

-для описания подвижности (см ОК)

У1 = 14,25 + 1,875X1X2- 1,375Х1Хз- 1,625X2X4+ Х2Х3- 1,125Х|ХаХз -- Х1ХЛ

- для описания прочности после 30 мин твердения (кПа) Уг=5-0,625X1 + 0,75X4-0,81X1X2-1,19Х:Х4- 1,75X2X3+ 1,19X3X4 +

+ 0,625X1X2X3- 0,81X1X3X4- Х|ХгХзХ4 -для описания прочности после 90 мин твердения (кПа) Уз = 7,125 - 0,875X1 + 0,75Х: - 1,44Хз - 1,125X2X4 - 1,81X2X3 +

+ 1,44ХзХ4 - 0,875X1X2X4 Приведенные уравнения адекватно описывают процесс. Их анализ совместно с анализом полученных экспериментальных данных показывает, что по мере снижения содержания латекса (X:) происходит снижение подвижности и прочности утеплителя. Увеличение дозировки ускорителя твердения (Х4), снижает подвижность заливочной композиции. С ростом водовяжущего отношения (Х1) наблюдается повышение подвижности смеси с одновременным снижением прочности утеплителя. ' Область, которая отвечает предъявленным к утеплителю требованиям (подвижность > 20 см ОК; прочность в возрасте 30 минут > 4 кПа) ограничена соответствующими изоповерхностями. При этих условиях утеплитель в возрасте 90 минут увеличивает прочность в 2-2,5 раза.

Для полученного заливочного утеплителя в соответствии с ГОСТ 22024-76 был определен коэффициент теплопроводности, который при объемной влажности 4% составил 0,0804 Вт/(м.К), а в воздушно-сухом состоянии - 0,0590 Вт/(м.К).

Для оценки технологичности сборки составных панелей с использованием исследуемых заливочных утеплителей в цехе ЦНИИЭП жилища была изготовлена партия одношаговых панелей. Бьши применены разработанные заливочные композиции на основе вспененного портландцементного теста с гранулами ППС и вспененного ГЦПВ теста. На этом этапе исследований было установлено, что при

Рис. 2. Влияние яодовяжущего отношения (В/В), расхода латекса (л), расхода пенообразователя (ПО) на подвижность и прочность при сжатии утеплителя в возрасте 30 мин. а - изоповерхности подвижности (см ОК); б - изоповерхности прочности при сжатии (кПа).

использовании заливочной композиции на основе портландцемента через 0,5-1 час после укладки смеси наблюдалось частичное водоотделение без угасания и оседания пены. Набор прочности заливочным утеплителем этого состава был недостаточно интенсивным, так как через 5 суток его прочность составила только 0,05 МПа.

При использовании заливочного утеплителя на основе ГЦПВ водоотделение и угасание пены не наблюдалось, прочность при сжатии через 30 минут достигла 4-12 кПа, что обеспечило возможность снятия опалубки после получасовой выдержки и транспортирование панели по цеху без образования в ней каких-либо дефектов под влиянием динамических нагрузок.

Помимо изготовления составных панелей с заливочным утеплителем, в целях отработки технологии сборки была изготовлена партия панелей со слоями из плитных и рулонных эффективных утеплителей. В качестве плитных утеплителей использовали пенополи-стирол марки ПСБ-С и минеральную вату, в качестве рулонного - маты из стекломеха. Минераловатные плиты имели плотность 120-150 кг/куб.м, сжимаемость 27-30 %, теплопроводность 0,046-0,052 Вт/(м.К). Было установлено, что при сборке плит из ПСБ-С необходима тщательная подгонка плит по толщине из-за малой сжимаемости пенополистирола. Существенно меньше трудности имеют место при использовании полужестких минераловатных плит, хотя и в этом случае сборка осложнялась из-за значительной разницы в толщине плит. Вследствие высокой сжимаемости стекломеха сборка происходила без затруднений, однако, эксплуатационная надежность этого материала требует проверки.

Для повышения архитектурной выразительности' фасадов индустриальных зданий автором совместно с отделом заводского производства ЦНИИЭП жилища были разработаны решения накладных архитектурных деталей. Их использование позволяет применять на фасаде глубокий рельеф из бетонов разных цветов и фактур, элементы с обратными уклонами, например, трехчетвертные колонны, и прочее. При этом, изготовление деталей любого рисунка и конфигурации выполняют

на специализированном участке, что никак не отражается на работе основной технологической линии.

При использовании накладных архитектурных деталей в составных панелях, в отличие от традиционных панелей наружных стен, их размещение по фасадной поверхности ничем не ограничено, поскольку они закрепляются на наружной скорлупе до сборки панели. Кроме того, в этом случае исключается возможность образования в местах крепления "мостиков холода". В диссертации изучены и экспериментально отработаны .конструктивно-технологические решения архитектурных накладных деталей, устанавливаемых на составных панелях наружных стен.

Для крепления архитектурных деталей к фасадной скорлупе разработаны резьбовые, фрикционные и сварные соединения, хотя последние более трудоемки, требуют применения соответствующего оборудования и мероприятий по защите персонала.

В целях отработки технологии изготовления архитектурных накладных деталей и их крепления к фасадной скорлупе были выполнены исследования, связанные с определением рациональных составов декоративных бетонов, процессов их укладки и уплотнения, обеспечивающих получение изделий с высококачественными поверхностями, натурной проверкой целесообразной конструкции форм и монтажно-транспортными испытаниями надежности крепления деталей. В результате были установлены составы малоподвижных (4-6 см ОК) декоративных бетонов, позволяющие получать при глубинном виброуплотнении архитектурные детали с высококачественными поверхностями. Рецептура составов приводится в диссертации.' Поскольку серийные глубинные вибраторы были недостаточно надежны в запуске и имели недостаточный ресурс работы, при участии автора был разработан глубинный пневмовибратор, характеризующийся небольшой массой рабочей части (1450 г), надежным запуском, значительным ресурсом работы (500-600 ч), простотой изготовления (патент России N 1747641). Для изготовления архитектурных деталей, имеющих небольшую

тиражность, весьма целесообразны, как показали исследования, легкие деревометаллические формы, у которых основная рабочая поверхность образуется тонким (0,5-1 мм) стальным листом типа "декопир". Образование требуемого профиля, как показала практика, легко выполняется на вальцах, при этом оборачиваемость форм достигает 3040 циклов.

Для проверки надежности крепления архитектурных деталей на фасадной скорлупе были изготовлены фрагменты, которые подвергли погрузо-разгрузочным и транспортным испытаниям. В результате было установлено, что предлагаемые способы крепления архитектурных деталей надежны, в местах крепления не наблюдается возникновения каких-либо дефектов и трещин. Проведенный цикл экспериментов позволил разработать технологический - регламент на изготовление архитектурных накладных деталей и предпроекгные предложения участка для их изготовления.

Выполненные в рамках данного диссертационного исследования работы послужили основой проектных предложений по организации производства составных панелей наружных стен на действующих домостроительных предприятиях. Были разработаны принципы организации производства в вариантах формования железобетонных скорлуп в горизонтальном и вертикальном положениях. Технико-экономическая оценка предложений в сопоставлении с технологией формования трехслойных панелей наружных стен с гибкими связями показала, что при изготовлении скорлуп в горизонтальном положении заводская себестоимость составных панелей на 17 %, а при формовании скорлуп в вертикальном положении на 18 % ниже панелей с гибкими связями.

Основные выводы и предложения

1. Заводская технология изготовления составных панелей наружных стен с разъемными связями основана на формовании скорлуп в горизонтальном положении на виброударных площадках с независимым возбуждением вибрационных и ударных колебаний и в вертикальном положении из пластифицированных бетонных смесей рационального состава с их глубинным внброуплотнением при сокращенных режимах тепловлажностной обработки скорлуп, использовании разнообразных видов эффективных утеплителей (заливочных, плитных, рулонных) и выполнении разнообразной отделки фасадных поверхностей, включая накладные архитектурные детати.

2. Формование скорлуп в горизонтальном положении целесообразно выполнять на виброударных площадках с раздельным возбуждением вибрационных н ударных колебаний при оптимальном сочетании параметров вибрации (Г=50 Гц; А=0,1 - 0,5 мм) и удара (Г=3 Гц;А=1,2- 4 мм);

это обеспечивает надежное проформовывание сложных деталей рельефа, эффективное уплотнение бетонных смесей и получение изделий с гладкими и рельефными фасадными поверхностями не ниже категории АЗ по ГОСТ 13 015.0 -83*.

3. Технология формования тонкостенных армированных скорлуп в вертикальном положении должна включать глубинное виброуплотнение (Г=175-200 Гц; А=0,3 - 0,35 мм) пластифицированных подвижных с ОК=14 см и литых с ОК= 16-13 см бетонных смесей. Это гарантирует получение равномерной плотности и прочности бетона по простиранию изделия (отклонения в пределах 6-9%), надежное проформовывание анкерных зон и подоконной части с достижением качества поверхности изделия соответствующего категории АЗ по ГОСТ 13 015.0-83*.

4. Пластификация бетонных смесей добавкой С-3 в количестве до 0,36% от массы цемента, что соответствует подвижности 10-12 см ОК,

обеспечивает при минимальных динамических воздействиях получение изделий с высококачественными поверхностями; при этом сокращение предварительной выдержки перед тепловлажностной обработкой до 1,5-2 часов не снижает прочность бетона, а до 1 часа - незначительно (на 4-6%) уменьшает прочность бетона.

5. В качестве разъемных связей, соединяющих скорлупы составных панелей наружных стен, целесообразно применять разработанные трехлучевые, стержневые связи и связи из отдельных пластин с резьбовым, безрезьбовым и смешанным их креплением; они обеспечивают быструю и точную сборку панелей, соблюдение проектных теплозащитных характеристик за счет гарантированного выдерживания толщины слоев панели, эксплуатационную надежность и восприятие нагрузки от сдвига скорлуп в 1,9 - 2,85 раза больше расчетной, при этом деформация сдвига при расчетной нагрузке не превышает допускаемую.

6. Заливочный утеплитель на основе гранул пенополистирола следует изготавливать на связке из гипсоцементнопуццоланового теста, которое вспенивается синтетическим пенообразователем ТЭАС и латексом. При этом утеплитель через 30 минут после заливки композиции набирает достаточную (4-6 кПа) для внутрицехового транспортирования изделий прочность, к 28-суточному возрасту - 80-120 кПа с плотностью 100-130 кг/куб.м'и коэффициентом теплопроводности 0,055-0,060 Вт/м.К. Приготовление и укладку заливочной композиции необходимо выполнять в соответствии с приводимыми в диссертации технологическими режимами.

7. Накладные архитектурные детали надежно (подтверждено транспортными испытаниями) крепятся к фасадным скорлупам при помощи резьбовых, фрикционных и сварных соединений в любом месте поверхности панели, а также не усложняют технологию изготовления панелей и не увеличивают парк форм технологических линий. Для получения сложных (в т.ч. с обратными уклонами) архитектурных деталей с высококачественными лицевыми поверхностями должны применяться

режимы формования и составы декоративных бетонов, указанные в табл. 5.4. диссертации.

8. Формование железобетонных скорлуп в горизонтальном положении целесообразно выполнять на тележечном конвейере, а в вертикальном положении - в кассетах и на кассетно-конвейерной линии с диагональном пакетом клиновидных щитов и форм. Это снижает заводские затраты при изготовлении составных панелей на 4,4 - 18,1 % по сравнению с изготовлением трехслойных панелей с гибкими связями, а приведенные затраты и капитальные вложения соответственно сократить на 21-22% и на 27-34%.

Публикации по теме диссертации

1. Изготовление трехслойных панелей наружных стен с подвижными связями при раздельном формовании железобетонных скорлуп. П.И. Шварцман, К.В. Черных, А.Г. Фуников, М.Ю. Граних // Технология заводского домостроения. - М., ЦНИИЭП жилища, 1988, с. 14-24.

2. Трехслойные панели наружных стен с раздельно формуемыми скорлупами. П.И. Шварцман, А.Г. Фуников, К.В. Черных, М.Ю. Граник Н Бетон и железобетон. - 1989.- N б - с. 11-13.

3. Эффективные заливочные утеплители для составных панелей наружных стен с применением вспененных минеральных вяжущих. П.И. Шварцман, A.A. Филипьев, М.Ю. Граник,. В.И. Балясников. //Полносборное домостроение. - М., ЦНИИЭП жилища, 1990, с. 17-25.

4. Технология заводской отделки и сборки составных панелей наружных стен. М.Ю. Граник. II Полносборное домостроение. - М., ЦНИИЭП жилища, 1990, с. 26-35.

5. A.C. N 1194507 (СССР). Пневматический вибровозбудитель. Ю.Г. Граник, М.Ю. Граник. Заявл. 07.08.1984 г. Б.И. - 1985-N 44.

6. A.C. N 1470895 (СССР). Стеновая панель. Ю.Г. Граник, М.Ю. Граник. Заявл. 16.07.1987 г. Б.И. - 1989 - N 13.

7. A.C. N 1530716 (СССР). Наружная стеновая панель. Б.Н. Суслин, М.Ю. Граник и др. Заявл. 27.01.1988 г. Б.И. - 1989 -N 47,

8. A.C. N 1581827 (СССР). Способ изготовления трехслойных панелей наружных стен с рельефными деталями. Ю.Г. Граник, П.И. Шварцман, М.Ю. Граник. Заявл. 27.07.1988 г. Б.И. - 1990 -N28.

9. A.C. N 1643508 (СССР). Пенообразователь для поризации бетонной смеси. П.И. Шварцман, М.Ю. Граник и др. Заявл. 03.05.1989 г. Б.И. - 1991 -N15.

10. Патент N 1670063 (РФ). Наружная стеновая панель. Ю.Г. Граник, М.Ю. Граник. Заявл. 03.07.1989 г. Б.И. - 1991 -N30.