Розробка технології відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівель водними суспензіями

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ ПРИДАТНОСТІ М'ЯКИХ ПОКРІВЕЛЬ ВОДНИМИ СУСПЕНЗІЯМИ

МАЛЬОВАНИЙ ІЛЛЯ ВІКТОРОВИЧ

УДК 69.059.25(692.415):691.16

05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва

Дніпропетровськ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Бичевий Петро Павлович,

Запорізька державна інженерна академія, доцент кафедри промислового та цивільного будівництва.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Лівінський Олександр Михайлович, Вінницький національний технічний університет, професор кафедри містобудування та архітектури;

доктор технічних наук, професор Радкевич Анатолій Валентинович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, професор кафедри будівельного виробництва та геодезії.

Захист відбудеться «02» ___липня___ 2009 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ПДАБтаА, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ПДАБтаА.

Автореферат розісланий 1 червня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

відновлення покрівля водний суспензія

Актуальність теми. Традиційно застосовувані в будівельній практиці багатошарові покрівлі з рулонних і мастичних матеріалів у силу своєї недостатньої довговічності стабільно потребують частого ремонту або заміни.

Відомі в практиці ремонтно-будівельного виробництва різноманітні технології ремонту покрівельного рулонного килима недостатньо ефективні, тому що вони дорогі, трудомісткі і практично жодна з них не забезпечує в сукупності довговічність, надійність, економічність, ресурсозбереження, безпечність, екологічність.

Необхідність постійно утримувати покрівлю в технічно придатному стані часто змушує експлуатаційників і ремонтників приймати не найкращі технологічні рішення, що базуються на оцінках переваг матеріалу, способів виконання окремих операцій і організації робіт.

Зростаючі проблеми захисту навколишнього середовища від забруднення його покрівельними матеріалами, що демонтуються або використовуються, необхідність забезпечення пожежобезпечності виробництва при виконанні робіт горючими матеріалами і вогневими методами вимагають переходу на безпечні та екологічно чисті технології.

Проблеми ремонту покрівельних покриттів ускладнюються їхньою масштабністю в силу широкого застосування недовговічних бітумних матеріалів протягом багатьох десятиліть і часто повторюваними роботами з використанням традиційних технологій з їхньою недостатньою надійністю.

Таким чином, має місце потреба в удосконаленні відомих і розробці нових конкурентоспроможних технологій відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівель і відповідних для цих цілей матеріалів, які здатні забезпечити надійність, зниження ресурсоємкості й вартості, пожежобезпечність, зменшити забруднення навколишнього середовища. З цих позицій тема досліджень, спрямованих на підвищення ефективності технології відновлення експлуатаційної придатності покрівельних покриттів бітумно-водними емульсіями та технологій виробництва таких покрівельних матеріалів на основі оптимізації технологічних рішень, є актуальною й представляє науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до основних напрямків наукових досліджень кафедри промислового та цивільного будівництва Запорізької державної інженерної академії (ЗДІА). Виконувалася за темами: 21-1ДВ/04 «Системотехнічні основи досліджень і розробки енерго-, ресурсозберігаючих технологій і організаційно-технологічні рішення (ОТР) зведення, реконструкції й відновлення будинків і споруд» з 1.11.2005 р. по 1.10.2008 р., 21-3/2005 «Розробка паспортів технічного стану будинків і споруд ВАТ «Укрграфіт»» з 7.07.2005 р. по 31.12.2006 р. (№ держреєстрації: 0105U008344), 21-1/2007 «Роботи з обстеження технічного стану будівельних конструкцій з інструментальними вимірами, розробка паспорту технічного стану за результатами виконання обстеження будівельних конструкцій будинку заводу комбінату №1 ВАТ ЗаЛКа» з 1.01.2007 р. по 31.04.2007 р. (№ держреєстрації: 0107U002803) , 21-3-2007 «Обстеження та паспортизація будинків і споруд ВАТ «Укрграфіт»» з 10.04.2007 р. по 31.12.2007 р. (№ держреєстрації: 0107U003361) (рівень участі дисертанта - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в забезпеченні довговічності покрівельних покриттів завдяки застосуванню бітумно-водних емульсій, отриманих шляхом удосконалення технології їх виробництва та застосування.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані та вирішені наступні завдання:

- проаналізувати та провести систематизацію відомих факторів руйнування м'яких покрівельних покриттів і методів відновлення їхньої експлуатаційної придатності;

- виявити недоліки відомих технологічних рішень з відновлення експлуатаційної придатності покрівельних покриттів і запропонувати шляхи їхнього усунення для того, щоб забезпечити можливість довговічного запобігання появі дефектів і пошкоджень при зниженні вартості, трудомісткості та екологічних забруднень;

- установити закономірності та вивчити можливості технологій виробництва покрівельних бітумно-водних емульсій, що включають модифікатори бітумів і емульгатори на основі вторинних сировинних ресурсів;

- сформувати нові конкурентоспроможні рішення, що забезпечують можливість надійного захисту покрівлі від пошкоджень;

- здійснити виробничу перевірку конкурентоспроможності розроблених технологічних і організаційних рішень з відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівель.

Об'єкт дослідження - технологічні рішення з відновлення м'яких покрівельних покриттів і їхньої експлуатаційної придатності.

Предмет дослідження - закономірності підвищення ефективності технологічних і організаційних рішень з відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівельних покриттів, а також способів поліпшення властивостей застосовуваних бітумно-водних емульсій для цих цілей.

Методи дослідження. Теоретичну й методологічну основу досліджень склали наукові праці вітчизняних і закордонних авторів в галузі технології, оцінки й вибору оптимальних технологічних рішень з улаштування й ремонту м'яких покрівельних покриттів, а також в галузі будівельного й ремонтно-будівельного виробництва. На базі загальної теорії систем і системно-структурного аналізу здійснювалася оцінка й вибір оптимальних технологічних рішень з улаштування й ремонту м'яких покрівельних покриттів; методи планування експерименту, теорії прийняття рішень і математичної статистики використовувалися при обробці експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в наступному:

- обґрунтовані критерії оптимальності й оцінки технологічних рішень одержання конкурентоспроможних бітумно-водних емульсій для відновлення експлуатаційної придатності покрівельних рулонних покриттів (удосконалені);

- запропоновані шляхи вдосконалення технологічних рішень з відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівель за допомогою аналізу й узагальнення альтернативних рішень. Відповідно до висунутих пропозицій розроблені конкурентоспроможні технологічні й організаційні рішення, здатні відновити водонепроникність і довговічність бітумно-рубероїдного килима за рахунок застосування модифікованих бітумно-водних емульсій (удосконалені);

- одержані закономірності підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей покрівельних бітумно-водних емульсій за рахунок модифікації бітумів і застосування емульгаторів на основі вторинних сировинних ресурсів. На базі одержаних залежностей сформульовані нові конкурентоспроможні технологічні рішення, що забезпечують одержання бітумно-водних емульсій на основі бітумів порівняно підвищеної в'язкості без обмежень вибору заводів - постачальників та забезпечують деемульгованим бітумам поліпшення теплостійкості, довговічності (патенти України №26226, №31207) (одержані вперше).

Практичне значення одержаних результатів. Отримані в роботі результати:

- включені до розробленого і затвердженого технологічного регламенту «На відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівельних покриттів бітумно-водними емульсіями, отриманими на основі модифікації бітумів і застосуванням емульгатора на базі вторинних сировинних ресурсів»;

- доведені до можливості їхньої практичної реалізації в організаційно-технологічних рішеннях з відновлення м'яких покрівельних покриттів.

Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі при проведенні лекційних і практичних занять на факультеті будівництва та водних ресурсів Запорізької державної інженерної академії.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці гіпотези про можливість суміщення технологічних і експлуатаційних властивостей бітумно-водних емульсій, організаційно-технологічних рішень улаштування та ремонту м'яких покрівельних покриттів, а саме:

- отримано закономірності покращення технологічних та експлуатаційних характеристик в залежності від комплексу модифікуючих добавок при виробництві бітумно-водних емульсій [1, 7, 8, 11, 12];

- встановлені технологічні параметри і отриманий емульгатор для покрівельних бітумно-водних емульсій на основі вторинних сировинних ресурсів [2, 5, 6, 13, 9];

- встановлено залежність між технологічними й експлуатаційними властивостями бітумно-водних емульсій і складом емульгатора, а також залежність водонепроникності бітумно-водної емульсії від кількості шарів утвореної плівки та часу висихання від температури навколишнього середовища [3, 9];

- розроблено технологічний регламент з відновлення м'яких покрівельних покриттів бітумно-водними емульсіями та економіко-математичну модель вибору ефективних варіантів технологічних рішень відновлення покрівель [4, 10].

Апробація результатів дисертації. Дисертація виконана на кафедрі промислового та цивільного будівництва ЗДІА, де відбулася її первинна апробація. Основні положення дисертації доповідалися в 2006-2009 р. на наступних наукових конференціях: XI, XII, XIII науково-технічних конференціях студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА (м. Запоріжжя, 2006 р., 2007 р. і 2008 р.); двадцять восьмій міжнародній конференції «Композиційні матеріали в промисловості» (м. Ялта, 2008 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Композиційні будівельні матеріали. Теорія й практика» (Росія, м. Пенза, 2008 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Організаційно-технологічні та економічні аспекти управління в сучасних умовах» (м. Дніпропетровськ, 2008 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Стародубовські читання» (м. Дніпропетровськ, 2009 р.); розширеному науково-технічному семінарі кафедр планування і організації виробництва, технології будівельного виробництва, фінансів Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ, 2009 р.).

Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи викладені в 11 наукових працях, з яких 4 опубліковано в збірниках наукових праць і наукових журналах, які входять до переліку, затвердженого ВАК України, а 7 - у тезах доповідей, 2 патентах України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, 5 додатків. Повний обсяг - 211 сторінок, у тому числі основна частина 152 стор., додатків - 59 стор. Обсяг використаних джерел - 195 найменувань на 20 стор. В основній частині дисертації є 18 таблиць і 42 рисунка.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, сформульовано мету і завдання дослідження, наведено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, а також особистий внесок здобувача. Представлено інформацію щодо апробації й впровадження результатів роботи.

В першому розділі виконаний аналіз відомих організаційно-технологічних рішень улаштування нових і відновлення експлуатаційної придатності існуючих м'яких покрівель.

Проблемам розробки й удосконалення технологій покрівельних робіт присвячені роботи О.Ф. Бабенко, В.Я. Бабиченко, О.М. Болотських, В.Б. Белевича, В.В. Жван, В.Д. Жвана, О.Л. Жолобова, М.М. Завражина, Ю.М. Зінченко, Л.І. Іскри, О.М. Кисіної, В.І. Козловського, В.І. Куценко, О.М. Лівінського, Л.І. Маніної, О.М. Матюхіна, В.О.Неєлова, С.М. Попченко, О.Т. Павлюка, В.В. Савйовського, І.П. Сліпченко, М.Ф. Сокіл, В.І. Торкатюка, В.І. Тернового, Е. Трефф, Г.М. Щепкіна, М.Г. Ярмоленко та інших.

Покрівельні роботи при всьому різноманітті способів їхнього виконання й застосовуваних матеріалів відносяться до найбільш складних, де є значні труднощі в досягненні гарних результатів у силу залежності від багатьох факторів впливу, врахування яких можливе на основі загальної теорії організації й управління системами.

Вивчено досвід застосування, проаналізована ефективність, виявлені переваги й недоліки відомих і широко застосовуваних технологій. На відміну від технологічних процесів стосовно до улаштування нових покрівельних покриттів, на умови й способи відновлення придатності існуючих покрівельних покриттів сильно впливають наявні дефекти й ушкодження. Ці умови практично виключають можливість ефективного за багатьма параметрами застосування рулонних технологій. Використання «холодних» бітумних і бітумно-полімерних мастик пов'язане з включенням до їхнього складу дефіцитних мінеральних або органічних розчинників, які безповоротно видаляються в атмосферу, спричиняють вибухо- і пожежонебезпечність. Технології «гарячих» мастик вимагають виконання вогневих операцій з розігрівання, які пов'язані з підвищеною небезпекою і зниженою техніко-економічною ефективністю.

Зі всієї сукупності досліджених факторів впливу варто виділити пошкодження бітумів деструктивними процесами в умовах експлуатації й відсутність технологічних рішень, що враховують умови виробництва робіт і технічний стан покрівлі, в тому числі нерівності, здуття й інші відхилення.

Для формування конкурентоспроможних технологічних рішень ремонту й відновлення м'яких покрівельних покриттів можуть бути придатними бітумно-водні емульсії, які багато в чому усувають ступінь впливу факторів технічного стану покриття й умов виробництва робіт.

З багатьох відомих технологій відновлення придатності м'якої покрівлі як перспективні за умовами економічної доцільності, безпеки, доступності, надійності для подальшої розробки потрапляють рішення, засновані на застосуванні вдосконалених бітумно-водних емульсій.

Сучасні технології дозволяють істотно поліпшувати довговічність бітумних композицій усілякими добавками, однак не дають чітких рекомендацій зі зниження їхньої в'язкості в розігрітому стані за умовами одержання емульсійних сумішей при одночасному підвищенні теплостійкості в покриттях.

Відзначається недостатня технологічність відомих емульгаторів, що обмежує їхню придатність для емульгування бітумів тільки певних заводів - постачальників і низьких марок, що робить їх малоперспективними для покрівельних покриттів.

У порівнянні з зазначеними технологіями, технології з застосуванням бітумно-водних емульсій позбавлені перерахованих недоліків, але відомі рецептури цих матеріалів обмежують можливості їх широкого застосування в покриттях і вимагають серйозних удосконалень.

На підставі аналізу й синтезу альтернативних технологічних рішень висунута гіпотеза про можливість удосконалення організаційно-технологічних рішень з відновлення придатності м'яких покрівель за умовами економічної доцільності, безпеки, низької вартості, доступності за рахунок розробки технології ефективних бітумно-водних емульсій на основі модифікації бітумів і емульгаторів.

У другому розділі узагальнено результати теоретичних і експериментальних досліджень закономірностей взаємозв'язку між технологічними властивостями бітумів і модифікуючими добавками, здатними забезпечити достатню технологічність композицій за умовами використання технології виготовлення бітумно-водних емульсій і підвищену теплостійкість деемульгованого бітуму в покрівельних покриттях.

В якості потенційно придатних модифікуючих добавок були прийняті каучук СКІ - 3, технічна сірка й кремнійорганічна рідина ГКР 136-157М. Для одержання модифікованого бітуму каучук переводили в клеєподібний стан попереднім розчиненням в уайт-спіриті в співвідношенні 1:(8...10), технічну сірку розігрівали до рідкого стану при температурі 130…135 °С. Потім, при безперервному перемішуванні до гомогенного стану, кожний компонент вводили в розігрітий до 130…135°С бітум у такій послідовності: технічна сірка - кремнійорганічна рідина - клеєподібний каучук. Вплив модифікуючих добавок оцінювали відносно дорожнього бітуму марки БНД-30/60.

За результатами досліджень, виконаних за допомогою спеціально виготовленого віскозиметра з фіксованою величиною температури розігрітого корпусу й суміші, отримані залежності в'язкості від величини добавок. Для визначення оптимального значення впливу добавок, виходячи з отриманих експериментальних даних, виникла необхідність побудови регресійної математичної моделі. Найбільш якісно даний технологічний процес може описати поліноміальна модель другого порядку з взаємним впливом факторів.

Модель була розрахована по 3 - факторному (15 оптимальних точок) 3 - рівневому композиційному несиметричному плану. Варійовані параметри: Х1 - каучук СКІ - 3 (2±2%) по сухій речовині; Х2 - добавка технічної сірки (5±5%); Х3 - добавка кремнійорганічної рідини ГКР136-157М (1±1%). Параметри оптимізації: в'язкість бітуму Y1 (сек). Були отримані рівняння регресії (1) і графічна залежність технологічності бітуму (по критерію в'язкості (сек.)) (рис. 1).

Як слідує з аналізу наведеного рівняння регресії (1) і закономірності рис. 1, особливо помітний вплив на зниження в'язкості бітуму здійсняють каучук і сірка.

Математична модель, що описує вплив натурального значення добавок у суміші на технологічні характеристики бітуму, має такий вигляд:

Y = 95,87-17,8·Х1-3,31·Х2-0,4·Х3+3,37·Х12+0,79X1·X2, (1)

Y1 min; opt[Y1(1,47;10;2)] = 54,7, сек.

Результати проведених досліджень указують на можливість регулювання технологічних властивостей бітумів. Це дозволяє зробити висновок про можливу придатність інших марок бітумів для їхнього емульгування за рахунок цілеспрямованого включення модифікуючих добавок для досягнення необхідної в'язкості на основі виявлених закономірностей.

У наступних дослідженнях знадобилося досліджувати вплив модифікуючих добавок на експлуатаційні властивості, у першу чергу, теплостійкість. На основі моделі для в'язкості були проведені дослідження на теплостійкість. Параметром оптимізації була температура розм'якшення бітуму Y2 (°С). Були отримані рівняння регресії (2) і графічна залежність експлуатаційних характеристик бітуму (по критерію температури розм'якшення бітуму, °С) (рис. 2).

Рис. 2. Залежність експлуатаційних характеристик бітуму (за критерієм температури розм'якшення бітуму, °С) від вмісту добавки каучуку (%) і сірки (%). Кількість ГКЖ136-157М прийнято 2%

Математична модель, що описує вплив натурального значення добавок у суміші на експлуатаційні характеристики бітуму, має такий вигляд:

Y=47,87+2,83Х1+1,43Х2+0,267Х3+0,167Х12+0,67Х32 (2)

Y2>max; opt[Y2(4;10;2)] = 76,37, °C.

Судячи з показника температури розм'якшення (по приладу «КіШ»), концентрація модифікуючих добавок перебуває на їхньому верхньому рівні згідно рівняння (2) і рис. 2. Як видно, найбільше впливають каучук і сірка. Однак оптимальну концентрацію цих компонентів варто визначати з урахуванням в'язкості, довговічності й інших технологічних і експлуатаційних показників, які можуть бути виявлені подальшими додатковими дослідженнями.

У третьому розділі виконані дослідження закономірностей впливу складових комплексного емульгатора на технологічні та інші властивості, що дозволяють досягти необхідної техніко-економічної ефективності розроблюваних бітумно-водних емульсій.

Наявні дані й результати попередніх пошуків дозволили в якості потенційно придатних вихідних складових вибрати підмильний луг Запорізького оліяжиркомбінату й пульпу червоних шламів Запорізького виробничого алюмінієвого комбінату.

Підмильний луг містить водну суміш домішок жирів, фосфатних солей, вільного лугу; характеризується показником рН=12. Складові домішок, фосфатних сполук і жирів оцінювали також з позицій їхньої антиоксидантної дії на полімерні сполуки бітумів. Пульпа червоного шламу являє собою суспензію, що містить до 15% оксидів Fе2О3, SiO2, Al2O3,СаО у вигляді твердої фази дисперсністю 0,5...80,0 мкм і 2,0…4,0% Nа2О; має показник рН=12.

З метою виявлення емульгуючої здатності розроблюваного емульгатора були виконані експериментальні дослідження.

Для визначення оптимального співвідношення компонентів, виходячи з отриманих експериментальних даних, виникла необхідність побудови регресійної математичної моделі.

Найбільш якісно технологічну придатність може описати поліноміальна модель другого порядку з взаємним впливом факторів.

Дана модель була розрахована по 3 - факторному (15 оптимальних точок) 3 - рівневому композиційному несиметричному плану. Варійовані параметри: Х1 - підмильний луг (3±2%); Х2 - пульпа червоних шламів (43±7%); Х3 - гідрофобна рідина ГКР136-157М (1±2%). Параметри оптимізації: однорідність, визначена за залишком на ситі №014 - Y1 (%), і стійкість при зберіганні, як показник величини залишку на ситі № 014 - Y2(%). Були отримані рівняння регресії (3,4) і графічні залежності технологічної придатності емульсії (по критерію однорідності (%), та стійкості емульсії (%)).

Кількість підмильного лугу прийнято 5 %

Емульгуючу здатність композиції вивчали по відношенню бітуму марки БНД 30/60. Гідрофобну рідину ГКР136-157М включали до складу розігрітого бітуму для зменшення величини поверхневого натягу на границі поділу фаз.

Після вищевикладених операцій дана математична модель, що описує вплив натурального значення компонентів суміші на технологічні характеристики емульсії, має такий вигляд:

Y1=27,138-1,862Х1-0,782Х2-0,09Х3-0,11Х12+0,006Х22+0,035Х32+ 0,033X1·X2+0,015X1·X3, (3)

Y2=23,98-1,234Х1-0,788Х2-0,504Х3-0,071Х12+0,0074Х22+0,367Х32+ 0,022X1·X2-0,005X2·X3, (4)

для однорідності: min (5;50;2);

для стійкості: min (5;46,176;1,02).

Як видно, виявлена досить висока емульгуюча здатність комплексного емульгатора на основі вторинних сировинних ресурсів, представлених підмильним лугом і пульпою червоних шламів. Ця здатність задовольняє технологічним вимогам виробничого процесу, що підтверджується необхідною однорідністю й стійкістю емульсії.

Представлені результати дозволяють оцінити комплексний емульгатор як перспективний у технології виробництва покрівельних бітумно-водних емульсій.

Для оцінки закономірностей впливу вторинних сировинних ресурсів, що утворюють емульгатор, на технологічні властивості бітумно-водних емульсій і експлуатаційні характеристики деемульгованих бітумів (в'язкість, швидкість розпаду, температура розм'якшення), а також з метою визначення оптимальності складів були виконані дослідження згідно загальноприйнятих методик і отримані графічні залежності.

Виявлено, що зміст пульпи має критичну область, обумовлену концентрацією пульпи 40...50%, вище цього діапазону в'язкість бітумно-водної емульсії можна оцінювати як малотехнологічну при нанесенні пневморозпилюванням.

Оптимальний зміст пульпи червоного шламу в складі водного розчину емульгатора відповідає області 50...60% або по твердофазовому показнику 6...8%. Такий вміст достатній для одержання технологічної бітумно-водної емульсії за показниками в'язкості (30...35 сек) і стійкості (індекс розпаду дорівнює 500...550 г/100г піску) з одночасним підвищення теплостійкості деемульгованого бітуму (на 2...3 °С).

Комплексний емульгатор, що включає названі вторинні продукти, дозволяє регулювати технологічні й експлуатаційні властивості бітумно-водних емульсій, у тому числі помітно поліпшувати їхню в'язкість і стійкість, та підвищувати температуру розм'якшення.

Дослідження закономірностей впливу комплексу модифікуючих добавок і складових розробленого емульгатора на довговічність деемульгованих бітумів у зіставленні з деякими традиційними матеріалами покрівельного призначення виконані в камері штучної погоди ИП - 1. Стабільність властивостей оцінювали за показниками втрати маси й втрати гнучкості, як характеристик структурних змін під впливом штучних кліматичних впливів.

Найбільша втрата міцності відзначається у чистих бітумів, менша - у бітумів, наповнених технічною сіркою, й найменша - у бітумів, що включають комплексний модифікатор.

У четвертому розділі виконувалися дослідження технологічних параметрів улаштування покривного шару в комплексі робіт з відновлення придатності м'якого покриття. Отримані закономірності (рис. 5) приводять до висновку про можливість сформувати шар достатньої гідроізолюючої здатності при витраті бітумно-водної емульсії 1200…1300 г/м2 в'язкістю 35...40 с, що може бути нанесений пнеморозпилюванням за 2...3 рази.

Розроблено організаційно-технологічне рішення виконання всього комплексу робіт, включаючи усунення дефектів і пошкоджень дзеркала й примикань до вертикальних поверхонь покрівлі, очищення поверхні й формування гідроізолюючого шару з бітумно-водної емульсії. Технологічний процес може бути представлений як послідовно-переривчастий потоковий метод з послідовним виконанням підготовчих операцій і безперервним нанесенням покривного шару з технологічною перервою для виконання допоміжних операцій (рис. 7, 8), що дозволяє забезпечити висихання. Весь комплекс робіт виконує ланка з трьох фахівців.

Вивчено альтернативні технологічні рішення виробництва відновлювальних робіт і по кожному з них виконані розрахунки собівартості, враховані всі елементи витрат з наступним їх зіставленням по наведеній величині й по окремим складовим.

Вдосконалено конструктивно-технологічне рішення ремонту примикань покрівлі за допомогою бітумно-водних емульсій, що дозволило підвищити продуктивність робіт з відбудови цілісності примикань бітумно-рубероїдного килима до вертикальних поверхонь і створити умови тривалого й надійного функціонування цього конструктивного вузла покрівлі, який найбільше піддається руйнівним процесам.

Для визначення ефективності технології покрівельних робіт була розроблена економіко-математична модель.

Цільова функція моделі:

для підрядчика:

; (5)

для замовника:

(6)

Обмеження:

(7)

Граничні умови:

(8)

Представлена економіко-математична модель вибору ефективних варіантів технологічних рішень виробництва покрівельних робіт була апробована при капітальному ремонті будівлі цеху ЦГПТЛ ВАТ «ЗАПОРІЖСТАЛЬ».

Перед ремонтом покрівлі цеху ЦГПТЛ ВАТ «ЗАПОРІЖСТАЛЬ» було проведене порівняння варіантів організаційно-технологічних рішень ремонту покрівлі: з традиційного рубероїду, наплавлюваного рубероїду, мастичних і бітумно-водних емульсій ( рис. 10, 11).

Рис. 10. Ефект, одержуваний підрядчиком розглянутих технологій відновлення придатності м'яких покрівель, тис. грн. /1000м2

Рис. 11. Середньорічні витрати замовника розглянутих технологій відновлення придатності м'яких покрівель, тис. грн./рік

Встановлено потенційні шляхи подальшого вдосконалення технологічних рішень, відповідно до яких представляється можливим подальше зниження вартості матеріалу й підвищення його технологічності за рахунок використання як модифікаторів бітумів, так і емульгаторів на основі певних видів вторинних сировинних ресурсів.

ВИСНОВКИ

На підставі виконаних досліджень, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтовані, сформульовані і реалізовані організаційно-технологічні пропозиції, сукупність яких можна кваліфікувати як теоретичне узагальнення і нове вирішення актуального науково-прикладного завдання з удосконалення технології відновлення м'яких покрівель водними суспензіями, що знайшло відображення в нижчевикладеному:

1. Аналіз і узагальнення організаційно-технологічних показників улаштування нових і відновлення існуючих покрівельних покриттів привели до необхідності пошуку ефективних технологій у зв'язку з масштабністю робіт, обмеженими термінами експлуатації, потребою часткового ремонту або заміни рулонного килима через 3...5 років, а застосовувані методи досить дорогі й трудомісткі. Результати пошуку дозволили виявити безліч факторів впливу, встановити взаємозв'язки між ними і визначити їх сукупність як загальну комплексну систему.

2. Сформульовано гіпотезу про можливість формування конкурентоспроможних технологій відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівельних покриттів бітумно-водними емульсіями, що забезпечують довговічність, надійність і техніко-економічну ефективність за рахунок розробки технології модифікації бітумів і емульгаторів, здатних регулювати технологічні й експлуатаційні параметри на всіх стадіях приготування й застосування створеного композиційного матеріалу.

3. Встановлено взаємозв'язки між параметрами бітумів і величиною модифікуючих добавок у технологіях покрівельних бітумно-водних емульсій. Вибір можливих добавок проводили за критеріями їхньої доступності й ефективності. Визначено оптимальні склади модифікуючих добавок за критеріями досить низької в'язкості розігрітого бітуму відповідно до технології виготовлення бітумно-водної емульсії й підвищеної теплостійкості після деемульгування згідно з вимогами експлуатаційної достатності. Для бітуму марки БНД - 30/60 оптимальний вміст розчиненого каучуку по сухій речовині становить 1,46...4%, технічної сірки - 10%, кремнійорганічної рідини - 2%.

Запропонована й запатентована технологія виробництва бітумно-водних емульсій з комплексним емульгатором на основі вторинних сировинних ресурсів, представлених підмильним лугом Запорізького оліяжиркомбінату й пульпою червоних шламів Запорізького виробничого алюмінієвого комбінату, які забезпечують достатню емульгованість бітумів і яка підсилюється включенням до складу бітуму кремнійорганічної рідини. Експериментально розкриті закономірності дозволили знайти оптимальні співвідношення компонентів комплексного емульгатора у водяних розчинах, які перебувають у співвідношенні 5% підмильного лугу до пульпи червоних шламів і сумарний зміст яких у розчині дорівнює 46...50%. Комплексний емульгатор, що включає названі вторинні продукти дозволяє регулювати технологічні й експлуатаційні властивості бітумно-водної емульсії.

4. Технології покрівельних робіт з улаштуванням покриттів з бітумно-водних емульсій показують більшу довговічність у порівнянні з традиційними завдяки модифікуючим добавкам, твердофазовим та іншим складовим комплексного емульгатора, які здатні здійснювати антиокисну, захисну й утримуючу дію на високомолекулярні складові деемульгованого бітуму. Результати проведених в апараті штучної погоди ИП - 1 тривалих випробувань показали, що втрата маси деемульгованого бітуму менше в 3 рази й зниження гнучкості - в 1,125 рази нижче стосовно контрольних зразків з традиційних матеріалів у силу дії компонентів модифікуючого та емульгуючих комплексів.

Встановлено технологічні параметри й режими улаштування захисного покриття нанесенням 2...3 шарів бітумно-водної емульсії в'язкістю 30...35 с і сумарною витратою 1200…1300 г/м2. Формоване покриття має гідроізолюючу здатність, достатню для відновлення загальної водонепроникності існуючої покрівлі або попередження втрати цієї функції.

Розроблено організаційно-технологічне рішення виконання всього комплексу ремонтно-відновлювальних робіт м'якого покрівельного покриття. Встановлено, що технологічний процес може бути представлений як послідовно-переривчастий потоковий метод з послідовним виконанням підготовчих операцій і безперервним нанесенням покривного шару з технологічною перервою для виконання допоміжних операцій.

5. Виконані техніко-економічні розрахунки показують конкурентоспроможність запропонованих рішень, які оцінюються зниженням собівартості в 3,72 рази й трудомісткості 1,82 рази в порівнянні з технологією з наплавлюваного рубероїду. За результатами впровадження отриманий економічний ефект.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Малёваный И.В. Некоторые аспекты модификации битумов в технологии производства битумно-водных эмульсий / П.П.Бичевой, И.В. Малёваный, А.А. Жеребцов // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. -2008. - №1-2. - С. 89-92.

2. Малёваный И.В. Некоторые аспекты получения эмульгаторов на основе вторичных сырьевых ресурсов в технологии кровельных битумно-водных эмульсий / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Науковий вісник будівництва. Вип. 47. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - С. 185-189.

3. Малёваный И.В. Совершенствование технологических и эксплуатационных свойств битумно-водных эмульсий модификацией битумов и эмульгаторами на основе вторичных сырьевых ресурсов / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2008. - №30.- С. 20-25.

4. Малёваный И.В. Экономико-математическая модель выбора эффективных вариантов технологических решений восстановления кровель / В.И. Доненко, И.В. Малёваный // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 48, ч.3. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - С. 26-33.

5. Бітумна емульсія: Пат. України №26226, МПК6 C08L95/00 /Бічевий П.П., Мальований І.В. - №200704820; заявл. 28.04.2007; опубл. 10.09.2007, Бюл. №14. - 6с., іл.

6. Спосіб виготовлення бітумної емульсії: Пат. України № 31207, МПК6 C08L95/00 / Бічевий П.П., Мальований І.В. - №200714578; заявл. 24.12.2007; опубл. 25.03.2008, Бюл. №6. - 6с., іл.

7. Малёваный И.В. Влияние некоторых факторов на долговечность материалов кровельных покрытий / И.В. Малёваный, П.П. Бичевой // Матеріали XІ науково-технічної конференції студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА, 17-21 квітня 2006 р.: тези доп., ч. ІІІ. - Запоріжжя, 2006. - С. 82-84.

8. Малёваный И.В. Механизм влияния добавок на битумные композиционные материалы / И.В. Малёваный, П.П. Бичевой // Матеріали XІ науково-технічної конференції студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА, 17-21 квітня 2006 р.: тези доп., ч. ІІІ. - Запоріжжя, 2006. - С. 85-87.

9. Малёваный И.В. Водно-битумные эмульсии как эффективный гидроизоляционный материал / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Матеріали XІІ науково-технічної конференції студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА, 16-20 квітня 2007 р.: тези доп., ч. VII. - Запоріжжя, 2007. - С. 98 - 99.

10. Малёваный И.В. Организационно-технологические решения ремонта мягких кровельных покрытий битумно-водными эмульсиями / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Строительство. Материаловедение. Машиностроение: Сб. докладов и сообщений. Вып. 44. - Днепропетровск: ПГАСА, 2008. - С.46 - 47.

11. Малёваный И.В. Перспективные технологии производства битумно-водных эмульсий с модифицированными битумами / И.В. Малёваный, П.П Бичевой // Матеріали XІІІ науково-технічної конференції студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА, 14-18 квітня 2008 р.: тези доп., ч. ІІ. - Запоріжжя, 2008. - С. 41.

12. Малёваный И.В. Технологические аспекты композиционных кровельных битумно-водных эмульсий с модифицирующими добавками и вторичными сырьевыми ресурсами / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Композиционные материалы в промышленности : двадцать восьмая междунар. конф., 26-30 мая 2008 г.: тезисы докл. - К., 2008. - С. 166-168.

13. Малёваный И.В. Вторичные сырьевые ресурсы и модификаторы в технологиях битумно-водных эмульсий для кровельных покрытий / П.П. Бичевой, И.В. Малёваный // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: междунар. науч.-техн. конф., 29-30 мая 2008 г.: тезисы докл. - Пенза, 2008. - С. 10-14.

АНОТАЦІЯ

Мальований І.В. Розробка технології відновлення експлуатаційної придатності м'яких покрівель водними суспензіями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2009.

В роботі розглядаються бітумно-водні емульсії, отримані шляхом удосконалення технологій їхнього виробництва й покриття бітумно-рубероїдного килима на їхній основі. Були встановлені закономірності між технологічними та експлуатаційними параметрами бітумів і величиною модифікуючих добавок. Отримані й запатентовані способи виробництва емульгаторів на основі вторинних сировинних ресурсів. Встановлені технологічні параметри і режими улаштування покрівельного захисного покриття та розроблено організаційно-технологічне рішення виконання всього комплексу ремонтно-відновлювальних робіт м'якого покрівельного покриття. Розроблені в роботі технології виробництва бітумно-водних емульсій й організаційно-технологічні рішення улаштування м'яких покриттів дозволяють забезпечити довговічність покрівельних покриттів і знизити трудомісткість в 1,82 рази, вартість робіт в 3,72 рази в порівнянні з улаштуванням покрівлі з рулонних матеріалів на гарячих бітумних мастиках.

Ключові слова: ремонт, відновлення, м'які покрівлі, організаційно-технологічне рішення, ефективність, бітумно-водна емульсія, емульгатор, в'язкість, температура розм'якшення, довговічність.

АННОТАЦИЯ

Малеваный И.В. Разработка технологии восстановления эксплуатационной пригодности мягких кровель водными суспензиями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 - технология и организация промышленного и гражданского строительства. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2009.

В работе рассматриваются битумно-водные эмульсии, полученные путём совершенствования технологии их производства и покрытия на их основе. Автором был выполнен анализ и обобщение организационно-технологических показателей устройства новых и восстановления существующих кровельных покрытий, который привёл к необходимости поиска эффективных технологий в связи с масштабностью работ, ограниченными сроками эксплуатации, потребностью частичного ремонта или замены рулонного ковра через 3…5 лет, а применяемые методы весьма дорогостоящи и трудоёмки. Результаты поиска позволили выявить множество факторов влияния, установить взаимосвязи между ними и определить их совокупность как общую комплексную систему. В систему факторов влияния каждого составляющего процесса входят технологические параметры и режимы получения всех исходных материалов, подготовки оснований кровли, нанесения покрытия.

Были установлены закономерности между технологическими и эксплуатационными параметрами битумов и величиной модифицирующих добавок. Определены оптимальные составы модифицирующих добавок по критериям достаточно низкой вязкости разогретого битума по условиям технологии приготовления битумно-водной эмульсии и повышенной теплостойкости после деэмульгирования по требованиям эксплуатационной достаточности.

Предложена и запатентована технология производства битумно-водных эмульсий комплексного эмульгатора на основе вторичных сырьевых ресурсов, представленных подмыльным щёлоком Запорожского масложиркомбината и пульпой красных шламов Запорожского производственного алюминиевого комбината, которые обеспечивают хорошую эмульгируемость битумов и которая усиливается включением в состав битума кремнийорганической жидкости. Экспериментально установленные закономерности позволили найти оптимальные соотношения компонентов комплексного эмульгатора в водных растворах, которые находятся в соотношении 5% подмыльного щёлока к пульпе красных шламов и суммарное содержание которых в растворе равно 46…50%.

Результаты проведённых в аппарате искусственной погоды ИП - 1 длительных испытаний показали, что потеря массы деэмульгированного битума меньше в 3 раза и снижение гибкости - в 1,13 раза ниже по отношению к контрольным образцам из традиционных материалов.

Установлены технологические параметры и режимы устройства кровельного защитного покрытия нанесением 2…3 слоёв битумно-водной эмульсии вязкостью 30…35 с и суммарным расходом 1200…1300 г/м2. Формируемое покрытие имеет гидроизолирующую способность, достаточную для восстановления общей водонепроницаемости существующей кровли или предупреждения потери этой функции. Выявлена оценка степени влияния отдельных факторов на технико-экономические показатели технологии восстановления эксплуатационной пригодности мягких кровельных покрытий.

Было разработано организационно-технологическое решение выполнения всего комплекса ремонтно-восстановительных работ мягкого кровельного покрытия. Установлено, что технологический процесс может быть представлен как последовательно-прерывистый поточный метод с последовательным выполнением подготовительных операций и непрерывным нанесением покровного слоя с технологическим перерывом для выполнения вспомогательных операций.

Обоснован показатель оценки эффективности технологии производства кровельных работ - чистый дисконтированный доход, который позволяет комплексно оценить затраты на производство работ и получаемые результаты и привести их к одному времени отсчёта. На основе данного показателя была разработана экономико-математическая модель определения эффективного варианта технологического решения кровельных покрытий.

Показаны некоторые пути повышения эффективности организационно-технологических мероприятий. Результаты анализа затрат по каждому варианту возможных технологий позволили установить основные направления снижения ресурсоёмкости.

Разработанные в работе битумно-водная эмульсия и организационно-технологические решения устройства мягких кровельных покрытий позволяют обеспечить долговечность кровельных покрытий и снизить трудоёмкость в 1,82 раза, стоимость работ в 3,72 раза по сравнению с устройством кровли из рулонных материалов на горячих битумных мастиках.

Ключевые слова: ремонт, восстановление, мягкие кровли, организационно-технологическое решение, эффективность, битумно-водная эмульсия, эмульгатор, вязкость, температура размягчения, долговечность.

SUMMARY

Malovanyi I.V. The development of restoration technology of operational suitability of soft roofs by water suspensions. -Manuscript.

Thesis for the Scientific degree of a Candidate of Sciences (technics) by speciality 05.23.08 - Technology and Organization of Industrial and Civil Engineering. - Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2009.

In given work the bitumen-water emulsions that have been received by the technology improvement of its production and coverings of bitumen-ruberoid carpets on its base, is conducted. The dependences between technological and operational parameters of bitumen and quantity of modificators have been adjusted. The mixes with emulsificators on the basis of secondary raw materials are received and patented. The technological parameters of bitumen-water emulsions production have been developed. The organizational - technological decisions of execution of all reclamation activities in soft-roof coverings have been developed. The developed mixes and organizational - technological decisions of soft roofs construction allow to improve the durability of roof coverings and to decrease workload in 1,82 times, cost of works in 3,72 times in comparison with the roof construction from rolled materials on hot bitumen mastics.

Keywords: repair, restoration, soft roofs, the organizational-technological decision, efficiency, bitumen-water emulsions, emulsificator, viscosity, softening temperature, durability.

Размещено на Allbest.ru

...