Дисперсно-армированные объемные конструкции из стеклополимерцемента изготавливаются методом напыления. Они предназначаются для укрытия технологического оборудования на компрессорных и насосных станциях.

Блок-боксы представляют собой стеклополимерцементные оболочки толщиной 10-15 мм, размером 3х3х3 м на основе расширяющегося цемента, рубленого стекловолокна, полимерных добавок.

Применение стеклополимерцементных укрытий позволяет сократить затраты в 1,5-2, трудоемкость в 3-5 раз и массу в 5-7 раз по сравнению с укрытиями, изготавливаемыми традиционными способами.

Рис.1.1. Дисперсно-армированные объемно-блочные конструкции

Техническая характеристика стеклоцементных конструкций

Объемная масса, г/см3 ………………………………….. 1,8

Модуль упругости, Н/см2

при растяжении ……………………………………. . 1,2.105

при изгибе ………………………………………….. 1,7.105

Предел прочности, Н/см2

при растяжении …………………………………….. 150

при изгибе …………………………………………... 250

при сжатии …………………………………………… 350

Ударная вязкость, Н/см2 ………………………………….. 10

Водопроницаемость, Н/см2 ………………………..выдерживает

давление не ниже 5

1.3 Изучение и анализ существующих технологий устройства защитных покрытий и сооружений из стеклоцемента

Исследования, проведенные в ТАСИ при участии автора, доказали перспективность способа устройства армированных покрытий. Этот способ может быть применен при устройстве совмещенных ограждающих (несущих) и гидроизоляционных (кровельных) конструкций, а также при устройстве кровель и гидроизоляции, полов и штукатурок.

Армированные покрытия можно устраивать двумя способами: совместным предусматривающим одновременное нанесение связующего и стекловолокна, и раздельным. В этом случае связующее состоит из множества составляющих (при изготовлении многокомпаундных составов для устройства полов) или требуется армированные только нижних слоев покрытия (при устройстве покрытий из гипсовых составов).

Технологическая схема (рис.1.2.) приготовления и нанесения составов при раздельном и совместном способе нанесения связующих одинакова. Гипсоглиноземистый цемент, используемый для приготовления стеклоцемента и стеклополимерцемента, нельзя смешивать с портландцементом, так как даже не большие добавки портландцемента к гипсоглиноземистому цементу вызывают расширение полимерцементного камня, армированного стекловолокном, в связи с чем покрытие коробится. Независимо от способа нанесения цементное теста на основе глиноземистого и гипсоглиноземистого цемента, также как и полимерцементное тесто, готовят, применяя смесители с водоцементным отношениям В/Ц=0,38-0,42 и с осадкой конуса СтройЦНИЛ - 3 - 8 - 10 см.

Готовую смесь из смесителя загружают вручную в пневмонагнетательный бачок, предназначенный для равномерной подачи смеси сжатым воздухом по шлангам к пистолету - напылителю. В ТАСИ разработана установка для приготовления и подачи строительных растворов, с помощью которой цемент механизированным путем загружается в бункер. Из бункера цемент подаётся шнековым дозатором в смесительное устройству, куда одновременно насосом подаются вода или водные растворы добавок. Из смесительного устройства приготовленную смесь винтовым насосом подают по шлангам диаметром 15 мм и наносят раздельным или совместным способом при помощи пистолета-напылителя.

Раздельный способ позволяет получить покрытие ярко выраженными слоями. Схематически структура армированного покрытия при раздельном и совместном способах напыления связующего и армирующего материалов приведена на рис.1.3., а.б.

Рис.1.2. Технологическая схема изготовления наполнением материалов, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном

1 - преобразователь напряжения; 2 - электрокабель; 3 - пистолет-напылитель; 4 - бобина стекложгута; 5 - связующий компаунд; 6 - сжатый воздух; 7 - смеситель; 8 - пневмонагнетательный бачок; 9 - компрессор

Рис.1.3. Схема структуры материала при раздельном и совместном нанесении связующих и стекловолокна

а - раздельное нанесение; б - совместное нанесение; 1 - основание; 2 - слой полимерцементного теста; 3 - слой нитей рубленого стекложгута; 4 - нити рубленого стекловолокна, равномерно распределенные по объему и сечению в полимерцементном тесте

При формировании армированного покрытия раздельным способом поочередно наносят слои связующего толщиной 1-1,5мм и рубленого стекловолокна. При этом армирующий материал наносят на не затвердевшую поверхность связующего компаунда. Покрытие толщиной до 10мм наносят за 6-7 раз, последовательно напыляя связующее и армирующий материал.

Напылительное устройство позволяет получать наиболее качественные покрытия при раздельном нанесении связующего материала и рубленого стекловолокна. При этом в форсунке распыляется связующее, состоящее из компонентов, стабилизирующих или замедляющих процесс его формирования. Один из каналов форсунки предназначен для распыления связующего материала, другой - для стабилизирующих составов и замедлителей. Распыление осуществляется в результате прохода через калиброванные отверстия в стенках каналов, сжатый воздух распыляет состав, при этом в зависимости от состава связующего в работе одновременно участвуют один или два канала форсунки. В узле рубки стекложгут измельчается, после чего он попадает на заранее нанесенную не затвердевшую поверхность связующего материала.

Описанное устройство может быть эффективно только при раздельно (послойном) нанесении, так как при одновременной работе распылителя и узла рубки острый факел связующего материала не охватывает широкий факел измельченный нитей стекложгута, что приводит к бесконтрольному их разбросу и неравномерному армированию связующего компаунда покрытия.

При нанесении последующего армированного слоя в местах избыточного расположения нитей измельченного стекложгута они останутся не смоченными компаундом, в связи с чем на покрытии образуются не только комки армирующего материала, но и неровности поверхности и пустоты в покрытии.

Покрытия из стеклоцемента устраивают с помощью установки для подачи материала по типу напорных установок ГУ-2, ВНИИСМИ, работающих совместно с компрессорами ЗИФ-55, а также безнапорных установок. Эти установки состоят из пистолета - напылителя наносящего холодные битумно-полимерные эмульсии, холодные асфальтовые, битумно-резиновые и любые двухкомпонентные мастики, огрунтовочные и защитные составы. Кроме того, с их помощью можно резать и напылять стекловолокно.

Наполнив напорную емкость, пистолет-напылитель подключают соответствующими шлангами к напорным емкостям связующего материала и к компрессору. После этого бобину со стекложгутом размещают в ранце, одетом на спину оператора, и пропускают стекложгут через трубку к механизму рубке. Затем последовательно включают подачу воздуха и привод механизма для рубки стекложгута.

С помощью пистолета-напылителя составы наносят на подготовительную выровненную поверхность слоями толщиной по 1-2мм. Если огрунтовки и мастики наносят по сухому основанию, то водные (битумно-полимерные и холодные асфальтовые) эмульсии, огрунтовочные, гидроизоляционные и кровельные составы можно наносить по сухой и влажной поверхности, а слои штукатурки на гипсовых вяжущих полов, кровли и другие покрытия из гипсоцементные составов по основанию, предварительно увлажненному водой.

Комбинированные кровли устраивают по выровненное поверхности оснований. Для устройства полов применяют армированные растворы на основе глиноземистого и гипсоглиноземистого цемента. Для устройства кровель и гидроизоляции также применяют битумно-латекные эмульсии, холодные асфальтовые, битумно-резиновые, битумно-полимерно-кукерсольные мастики и мастики «кровлелит».

При устройстве эксплуатируемых полов кровли с начало насекают основание, промывают его водой и грунтуют цементным молоком. Затем устанавливают маячные бруски и через полосы ширины по 5мм наносят пистолетами-напылителями раствор, при необходимости вибрируя и удаляя выступившее цементное молоко. После образования цементного камня заполняют промежуточные полосы, нанося каждый слой через 15-30 мин, т.е. до затвердения раствора предыдущего слоя.

Затвердевшее стеклоцементное покрытие в зависимости от условий эксплуатации обрабатывают флюатом, пропитывают уплотняющими составами или железнят, насыпая сухой цемент, просеянный через сито с отверстиями 1х1 мм, на поверхность свежеуложенного покрытия, после чего заглаживают стальной гладилкой.

При температуре внутри помещения ниже +50С раствор укладывают с противоморозными добавками (раствором хлористого кальция).

При устройстве кровель обеспыленное основание сначала огрунтовывают цементным молоком, которое наносят пистолетом-напылителем. Затем слоями толщиной по 1-1,5 мм напыляют основное кровельное покрытие.

При послойном нанесении рубленого стекловолокна и цементного, полимерцементного теста длина рубленого стекловолокна должна быть не более 15-60 мм.

Покрытие из стеклополимерцемента изготавливают участками с таким расчетом, чтобы при нанесении каждого последующего слоя не закончилось схватывание предыдущего слоя, учитывая при этом, что начало схватывания стеклоцементного или стеклополимерцементного теста при отношении жидкости к цементу, равном 0,36-0,42 наступает через 30 мин - 1 ч.

Через 20-40 мин после изготовления покрытия на поверхность стеклоцемента или стеклополимерцемента наносят при помощи окрасочных аппаратов «Помороль» или любой другой пленкообразующий материал.

Если пленкообразующий материал отсутствует, необходимо в течение трех дней поливать поверхность покрытий водой. К поливу следует приступить не позднее, чем через 2-4 ч после нанесения цементной или полимерцементной композиции.

Покрытия следует изготовлять и при температуре наружного воздуха не ниже +50С. При более низкой температуре необходимо вводить в составы раствор хлористого кальция, что значительно затрудняет работу.

Изготовление кровли из битумно-резиновой мастики начинают с огрунтовки поверхности. Грунтовку наносят одновременно с укладкой цементно-песчаного раствора, применяя для этого холодные битумы, растворенные в соляровом масле. Если нельзя нанести грунтовку во время схватывания раствора, уменьшают силу сцепления (адгезию) ковра с основанием, что снижает прочность и долговечность мастичного ковра. При огрунтовке схватившейся цементно-песчаной стяжки применяют битумно-резиновую мастику и рубленое стекловолокно. Эту грунтовку наносят удочкой. Можно наносить ее и пистолетом-напылителем.

После огрунтовки поверхности воронки оклеивают выдержанной в эмульсии мешковиной или стеклотканью размером 1 х 1 м2. затем приступают к устройству двух дополнительных водоизоляционных слоев в ендовах и на карнизах. Дополнительные армированные слои наносят пистолетом-напылителем. Кровельщик должен держать пистолет-напылитель на расстоянии 60-70см от изолируемой поверхности под углом 45-60о.

Дополнительные и основные слои наносят после того, как отлипнут нижние слои. Расходы эмульсии на один слой составляет 2л/м2, что соответствует толщине мастичной пленки слоя 1мм; расход рубленого стекловолокна - 70 -80г/м2 (из расчета, что стекложгут наносят длиной 15-20мм).

Количество слоев мастичной битумно-латексной кровли, армированной рубленым стекловолокном, принимают равным количеству слоев аналогичных рубленых кровель, независимо от того, армируют или нет внутренние слои кровли.

Такая технология, не ухудшая деформативные свойства покрытия, повышает его водонепроницаемость, так как оказавшиеся на поверхности слоя частицы рубленого стекловолокна покрываются эмульсией нового слоя.

После стабилизации кровельной пленки и устройства дополнительных слоев таким же способом, как на рядовом покрытии, на коньке и в примыканиях кровли к выступающим конструкциям зданий, устраивают защитный слой.

При устройстве кровель холодные асфальтовые мастики, разбавленные водой до вязкости 12-15см (по стандартному конусу Строй ЦНИЛа), подают растворонасосом. При этом мастику приготовляют из паст в растворомешалке и затем подают к рабочему месту кровельщика по резиновым шлангам диаметром 15мм. Мастику подвижностью 10-12 с наносят асфальтометом, подвижностью 608 с, вручную - гребками.

До нанесения мастик, поверхность основания обеспыливают, а швы панелей воронки, ендовы и карнизы оклеивают рулонными материалами. Подготовленное таким образом основание огрунтовывают холодной асфальтовой пастой.

Основной водоизоляционный слой из холодных асфальтовых мастик устраивают за 1-3 раза по толщине каждого слоя 2мм. Каждый слой наносят после высыхания нижнего, что можно определить по резко побелевшей поверхности, изолированной асфальтовой мастикой.

При применении битумно-кукерсольной и битумно-латексно-кукерсольных мастик поверхность основания огрунтовывают теми же мастиками без наполнителя, т.е. раствором на основе битума.

Основания при применении битумно-резиновых мастик огрунтовывают битумом, растворенным в бензине, соляровом масле или керосине, раствором резиновым или смесью битума и резины, растворенной в бензине. Основные слои армируют рубленым стекловолокном длиной 20мм для битумно-резиновых, холодных асфальтовых, битумно-латексно-кукерсольных и битумно-соляровых мастик.

Расход стеклосечки - 70-200г на 1 м2 одного слоя.

Каждый слой мастичной кровли из указанных мастик наносят после высыхания нижнего слоя; количество слоев то же, что и при устройстве кровель из эмульсии ЭГИК, армированных рубленым стекловолокном. Технология армирования слоев для битумно-резиновых мастик аналогична технологии армирования кровель из эмульсии ЭГИК. При применении битумно-латексно-кукерсольных и битумно-кукерсольных мастик армируют все слои мастичного водоизоляционного ковра, кроме огрунтовочного слоя. По гидроизоляционному ковру наносят защитный слой.

Выводы по 1 главе

1. Обзор литературных источников, посвященный технологии совмещенного нанесения широко применяемых в строительстве материалов, таких, как цемент и стекловолокно, показал возможность получения качественно нового комплексного материала, дисперсно-армированного стеклоцементом для устройства защитных конструкций и сооружений.

2. Выявлены оптимальные дозировки используемых материалов, принятые к дальнейшим исследованиям для уточнения технологических параметров механизированного нанесения стеклоцементного покрытия.

Цель исследования:

Исходя из обзора ранее выполненных исследований и опубликованных в открытой печати сформулирована цель диссертационной работы: целью является совершенствование технологии и средств механизации устройства различных защитных конструкций и сооружений из стеклоцемента, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном, с нанесением их методом пневмораспыления в совмещенном факеле.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:

1. Теоретическое обоснование нанесения компонентов покрытия в совмещенном факеле;

2. Исследование основных физико-механических процессов, протекающих при рубке и распылении стекловолокна, пневмораспылении вяжущего, образовании совмещенного факела при одновременном нанесении исходных материалов покрытия;

3. Исследование влияния свойств исходных материалов, режимов их нанесения, процентного насыщения вяжущего рубленым стекловолокном, длины стекловолокна, равномерности распределения рубленого стекловолокна по объему вяжущего на физико-механические и эксплуатационные свойства получаемого покрытия;

4. Разработка технологии и выбор основного технологического оборудования для совмещенного нанесения исходных материалов при устройстве стеклоцементных защитных конструкций и сооружений, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном.

5. Разработка Рекомендации по технологии устройства стеклоцементных конструкций и опалубок.

Глава 2. Теоретические исследования нанесения компонентов конструкций сооружений из стеклоцемента

2.1 Теоретическое обоснование нанесения компонентов в совмещенном факеле

Анализ существующей технологии и применяемых средств механизации устройство кровель и особенно гидроизоляции показал, что за последнее десятилетие технология производства этих работ не претерпела существенных изменений.

Под руководством д.т.н. Б. Н. Глебова и С. Н. Попченко сотрудниками ВНИИГа им. Б.Е. Веденеева были разработаны и внедрены покрытия для гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений из холодных битумно-известковых мастик. Применение таких материалов для устройства кровель и гидроизоляции в условиях колебания температур от +20оС до -25оС, как оказалось, не получило широкого применения из-за малой трещиностойкости изготовленных из них покрытий, а отсутствие промышленного производства химстойкого стекловолокна ограничивает возможность применения этого вяжущего для устройства армированных покрытий.

К.т.н. С.Д. Одиноковым, Н.Н. Завражиным, М.И. Поваляевым и др. было предложена технология устройство безрулонных кровель из битумно-латексных эмульсии, армированных стекловолокном, устраиваемая по способу раздельного нанесения компонентов. Анализ способа раздельного нанесения компонентов показал, что рубленое стекловолокно, подаваемое потоком сжатого воздуха на предварительно нанесенный слой вяжущего, лишь частично смачивается и удерживается на нем, а основная масса стекловолокна ложиться на поверхность неравномерно (пучками), причем, около 30% его распыляет в окружающую среду. При нанесении вяжущего на неравномерно уложенный слой стекловолокна образуется раковины, каверны и вздутия в покрытии, через которые возможна протечка воды.

Опытная проверка методов предварительного перемешивания рубленого стекловолокна и вяжущего, проведенная в ЦНИИОМТП, ВНИИСТе, ЦНИИпромзданий, Киевском Политехническом институте и др., показала, что при перемешивании компонентов в смесительных установках происходит комкование материала с крайне неравномерным распределением рубленого стекловолокна по объему вяжущего.

Это обстоятельство вызвало необходимость изыскания новых технологических приемов и способов нанесения вяжущего и рубленого стекловолокна для получения покрытий требуемого качества. Решению данной проблемы и посвящена настоящая работа, где теоретически обоснована технология совмещенного нанесения.

Основываясь на обосновании нанесения компонентов покрытия в совмещенном факеле, автор поставил себе задачу:

1. Исследование основных физико-механических процессов, протекающих при рубке и распыления стекловолокна, пневмораспылении вяжущего, образовании совмещенного факела при одновременном нанесении исходных материалов покрытия.

2. Исследование влияния свойств исходных материалов, режимов их нанесения, процентного насыщения вяжущего рубленым стекловолокном, длины стекловолокна, равномерности распределения рубленого стекловолокна по объему вяжущего на физико-механические и эксплуатационные свойства получаемого покрытия.

3. Разработка технологии и основного технологического оборудования для совмещенного нанесения исходных материалов при устройстве кровельных и гидроизоляционных покрытий, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном.

В работах В.А. Бородина, Л. А. Клячко, Ю. Ф. Дитякина, В.И. Ягодкина, Д. Г. Пажи и др., достаточно полно исследована работа ротационных и центробежных распылительных устройств для распыления однородных идеальных жидкостей. Вопросы же пневматического распыления структурированных и порошкообразных материалов до настоящего времени исследованы незначительно, и в литературе отсутствует даже методика расчета.

Воздушное распыление структурированных смесей или порошкообразного материала и равномерное распределение их по длине и сечению факела представляет сложный физико-механический процесс. Известные из литературы пневмораспылительные устройства создавались экспериментально для конкретных условий и материалов.

В силу значительной сложности физико-механического процесса одновременного пневмораспыления нескольких разнородных материалов в совмещенном факеле автором для исследований была принята физическая модель, в которой факел разделен на две зоны. Зона раздельных факелов вяжущего и рубленого стекловолокна, в которой стекловолокно приобретает скорость, близкую к скорости воздушного потока, а вяжущее дробится и разгоняется воздушным потоком. Вторая зона - зона совмещенного факела. В основу принятой модели положены следующие предпосылки:

1. Скорость капель вяжущего Vк и скорость нитей стекловолокна Vс параллельны оси и постоянны по поперечному сечению совмещенного факела.

2. Полагаем, что скорость капель Vк совмещенной зоне факела постоянна, так как торможением капель в воздушном потоке можно пренебречь.

3. Скорость капель вяжущего в зоне образования совмещенного факела больше скорости нитей стекловолокна, что определяет частичное оседание капель вяжущего на волокно и его ускорение.

В соответствии с принятой моделью совмещенного факела замкнутую систему дифференциальных уравнений можно записать в следующем виде:

;

; (1)

;

,

где mc - масса комплексной нити стекловолокна длиной l c осевшими каплями вяжущего, г см-1;

к - плотность капель вяжущего в единице объема потока, см-3;

Nc - количество нитей стекловолокна в единице объема потока, см-3;

Sэф - средняя эффективная площадь проекции нити стекловолокна длиной l на плоскость, перпендикулярную оси потока, см2.

Получено аналитическое решение системы уравнений. Для удобства расчетов решения представлено в виде...