Исследование технологии устройства специальных сооружений из стеклоцемента в условиях Узбекистана

2.2 Исследование основных физико-механических и технологических характеристик при нанесении цементного вяжущего, дисперсно-армированного рубленым стекловолокном

2.2.1 Принятый метод экспериментального исследования

В исследовании использован метод физического моделирования. Экспериментальный стенд состоял из механизма рубки и распылительных устройств. Распылительные устройства снабжались унифицированными форсунками, обеспечивающими распыление однокомпонентного, двухкомпонентного и трехкомпонентного состава. Стенд был оснащен компрессором, преобразователем напряжения, растворонасосом и пневмонагнетательными устройствами для подачи вяжущего, турбулентной растворомешалкой, измерительными приборами, координатником, позволяющими расположить и зафиксировать датчики давления, скорости и температуры в любой точке исследуемого факела. Компрессор позволял получить избыточное давление сжатого воздуха 0,2+0,6 МПа. Система механизма рубки обеспечивала длину рубленого стекловолокна 20, 30, 40, 50, 60 мм. Битумные эмульсии в готовом виде доставлялись централизованно с завода, а цементное тесто с требуемым водоцементным отношением приготавливалось в турбулентном смесителе.

В качестве основного определяющего показателя получаемых безрулонных покрытий был принят показатель водонепроницаемости, а для стеклоцемента также показатель прочности на растяжение при изгибе.

Для установления оптимальных скоростных режимов воздушного распыления были определены скорости потока сжатого воздуха по длине и сечению факела экспериментального распылительного устройства. При этом скорости замерялись при различных давлениях сжатого воздуха с помощью пьезометрических датчиков и анемометра.

Равномерность распределения рубленого стекловолокна в совмещенном факеле и по объему вяжущего определялась по результатам петрографического анализа микроструктуры прозрачных шлифов, которые вырезались из стеклоцементных плит покрытия.

Влияние технологических параметров исходных материалов на физико-механические свойства покрытий, дисперсно-армированных стекловолокном, на основе битумных эмульсий проводились в соответствии с требованиями ГОСТа 18956-93. Исследования стеклоцемента проводились на образцах - балочках размером 10х15-120 мм. При изготовлении покрытий применялось рубленое стекловолокно длиной 5, 15, 30, 45, 60 мм, а в качестве вяжущего - гипсоглиноземистый - цемент. Процент армирования составлял 2, 3, 4, 5, 6 от массы вяжущего.

2.2.2 Полученные экспериментальные результаты

Зависимости влияния длины стекловолокна и процента армирования на физико-механические свойства покрытий из минеральных вяжущих представлены на рис. 2.2. и 2.3.



Рис.2.2. Влияние длины стекловолокна на прочность стеклоцемента

2.2.3 Анализ полученных данных

Рис.2.3. Влияние процента армирования на прочность стеклоцемента

Результаты экспериментов показали, что при армировании менее 2%, предел прочности стеклоцемента на растяжение при изгибе находится на уровне прочности цементного камня без армирования. Армирование стеклоцемента от 2,5 до 6% дает прирост прочности в 2,5-3 раза, во при армировании свыше 6% наблюдается снижение прочности, по-видимому, в следствие ухудшения смачивания цементным тестом рубленого стекловолокна.

Исследования влияния изменения длины рубленого стекловолокна на стеклоцемент показали, что при 2% армировании и при длине стекловолокна 5-10 мм прочность стеклоцемента ниже, чем прочность цементного камня. Это явление можно объяснить, видимо, тем, что введение стекловолокна понижает плотность цементного камня при малой длине волокна и не обеспечивает нужной взаимосвязи в структуре материала. При введении 3-4% рубленого стекловолокна при длине 40-60 мм получаем максимальную прочность покрытия. Использование рубленого стекловолокна длиной свыше 70 мм значительно осложняет процесс совмещенного нанесения вяжущего и армирующего материалов, и, кроме того, прочность покрытия почти не увеличивается из-за потери стабильности равномерного распределения стекловолокна по объему вяжущего.

Известно, что алюмоборосиликатное стекловолокно разрушается в щелочной среде при гидратации цемента. Поэтому были проведены исследования изменения физико-механических свойств стеклоцемента во времени в различных условиях хранения и при различных способах изготовления. Результаты исследований приведены в табл.2.1. Их анализ показывает, что характер изменения прочности стеклоцемента в возрасте от 1 до 28 суток соответствует росту прочности цементного камня исходного вяжущего - гипсоглиноземистого цемента. Снижение прочности стеклоцемента в течение года не превышает 10-13%, а исследование образцов в возрасте 4-6 лет показатели, что дальнейшего снижения прочности практически не наблюдается.

Влияние условий хранения на прочность стеклоцемента

№№ партий образцов	Возраст об-разцов сутки	Предел прочности на растяжение при изгибе, МПа.
		Ручной способ изготовления	Механизированный способ изготовления
		Условия хранения	Условия хранения
		Норм.-вл.	Возд.-сух.	Естеств.	Норм.-вл.	Возд.-сух	Естеств.
1 2 3 4 5 6	1 3 7 28 90 360	17,2 22,3 22,8 21,2 18,5 18,4	13,3 15,7 16,0 20,1 19,6 19,2	11,7 14,4 19,3 18,6 17,5 17,2	20,2 27.1 27,5 26,0 24,4 23,2	16,8 19,2 19,5 23,2 23,0 22,6	14,5 21,3 23,4 23,1 22,0 20,5

2.3 Исследование технологических параметров подачи вяжущих по трубопроводу на основе их реологических свойств

Все рассматриваемые вяжущие материалы, которые подвергаются технологическим воздействиям, относятся к дисперсным структурированным жидкостям. Структурная вязкость наблюдается тогда, когда появляются приведенные в диссертации факторы, влияющие на процессы течения.

2.3.1 Принятые методы исследований

В целом, методологический подход к определению реологических характеристик цементно-песчаных растворов для стяжек - состоял в следующем:

- было установлено группа материалов, имеющих предел текучести (твердообразные) и не имеющих придела текучести (жидкообразные);

- определен рабочий интервал вязкости;

- определены значения пластической (необратимой) и эластической (обратимой) деформации.

Проведенные реологические исследования, а также численные значения предельного напряжения сдвига и вязкости позволили установить общий методический подход к определению этих показателей, позволяющих начать разработку технологии транспортирования и нанесения на основания вязко-текучих материалов и основные требования к механизированным средствам для применения их при устройстве кровельных покрытий.

Вопросы технологии трубопроводного транспорта строительных растворов, т.е. цементных вяжущих для комбинированных кровель или стеклоцементных конструкций.

2.3.2 Основой для проведения этих исследования явились следующие выводы ретроспективного анализа ранее выполненных исследований

В процессе формирования и разработки прогрессивных технологий кровельных работ были выявлены изменения физико-механических свойств мастик в результате их технологической переработке, влияния растворителей, вводимых в систему, влияние температуры и другие факторы, сопровождающие технологические процессы производства кровельных работ.

Анализ и оценка реологических характеристик битумно-полимерных мастик позволили углубить современные представления о строении, механизмах течения сложных многокомпонентных материалов по трубопроводам. У кровельных мастик под действием малых сил имеет место малое степень разрушения структуры, и их можно считать в этих пределах обладающий упругими обратимыми деформациями. При движении мастик по трубопроводам в связи с изменением скорости, температурных факторов изменяются и их реологические характеристики. После снятия напряжения система тиксотропно восстанавливается, становиться по-прежнему равнопрочной.

Новые положения разработаны на основании проведенных исследований, а также обобщения опыта работ зарубежных ученых по реологии дисперсных структур, режимов движения различных жидкостных гидроизоляционных материалов по трубопроводам, процессов разрушения и восстановления связей, механизма теплового движения частиц, вопросов тиксотропного восстановления системы.

Экспериментально подтверждено, что битумно-резиновые холодные мастики, так же как и горячие битумные и битумно-резиновые мастики с инертными наполнителями, являются высокомолекулярными дисперсными системами, обладающими в силу высокой эластичности вязко-упругими свойствами. Поэтому при течении таких систем, наряду с необратимой пластической деформацией, возникает обратимая эластическая деформация, следствие чего не происходит полного разрушения структуры, как у обычных аномально-вязких дисперсных систем, то есть кривая течения не имеет ярко выраженный S-образный характер течения, и битумно-полимерные мастики обладают не только повышенной эластичностью, но и способностью повышать вязкость при хранении.

Практическое значение этого явления состоит в том, что привозимая с завода или централизованного места приготовления мастика, как не обладающая рабочей вязкостью перед нанесением, нуждается в предварительной доработке. На основании такого вывода было установлено, что частично такая доработка обеспечивается шестеренным насосом и узлом подпитки его в виде шнека на валу смесителя.

Экспериментальные исследования позволили разработать способы понижения вязкости до требуемых величин:

- обычное перемешивание в лопастном высокооборотном смесителе;

- продолжительная циркуляция мастики перед распылением по замкнутому трубопроводу;

- ускоренная циркуляция по замкнутому трубопроводу с добавлением в мастику растворителя. Показано, что при движении битумно-полимерных мастик по трубопроводу скольжение смеси создаёт силу внутреннего трения, величина которой прямо пропорционально относительной скорости перемещения слоев;

- прямо пропорционально величине поверхности соприкосновения этих слоев;

- сопротивление обратно пропорционально внутреннему диаметру трубопровода.

Были выполнены экспериментальные исследования по технологии диспергирования и приготовления битумных и битумно-полимерных мастик, которые привели к необходимости разработки технических решений по созданию новых рабочих органов.

В основе методологии подобных исследований было следующее: определялось влияние тепловых процессов на структурные и реологические свойства битумных и битумно-полимерных мастик. На этой основе были разработаны технические предложения, а затем и технические требования на проектирование мобильного автоматизированного узла - комплекса оборудования для приготовления горячих мастик. Результатом таких исследований было выявление закономерностей остывания мастик при транспортировании их по трубопроводам и определения значений величин тепловых потерь. Это позволило разработать методику расчета тепловых потерь по длине трубопровода при положительной и отрицательной температуре окружающего воздуха до -20оС. По этой методике разработаны технические решения насосных агрегатов и определены зависимости параметров от технологических, а также установлена их взаимосвязь.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования по основным процессам технологии нанесения приклеивающих мастик на основание и показаны их результаты, а также разработаны методики расчетов технологического процесса.

В этой главе представлен также комплекс организационных и практических работ по внедрению результатов исследований.

Методические особенности этой работы состояли в том, что наряду с вопросами транспортирования по трубопроводам холодных и горячих битумно-полимерных мастик исследованиями их реологических характеристик, были выполнены теоретические и экспериментальные исследования процесса транспортирования материалов на основе неорганических вяжущих по трубопроводам в потоке сжатого воздуха в различных концентрациях насыщения этого потока материалов. В диссертации приведена методика исследований влияния касательных и инерционных напряжений, и показаны зависимости, определяющие потери напора при пневмотранспортировании: сплошным потокам, в частично взвешенном состоянии и полностью взвешенном.

Известно, что повышенная концентрация материала в сжатом воздухе способствует выпадению из потока отдельных частиц и образованию в трубопроводе скоплений. При периодическим отрыве этих скоплений сжатым воздухом движение смесей становится неравномерным, пульсирующим, в силу чего не обеспечивается надлежащее качество работ, затрудняется работа сопловщика.

Для решения инженерных задач, связанных с проектированием и строительством автоматизированных узлов по приготовлению и транспортированию по трубопроводам мастик в летнее и зимнее время, исследованы зависимости изменения во времени реологических свойств мастик под влиянием тепловых воздействий.

Разработаны условия равномерного и стабильного нанесения текучих гидроизоляционных материалов, в том числе на основе цементных вяжущих, пневмонабризгом с требуемыми геометрическими параметрами факела.

Результаты исследований показали, что процесс разбрызгивания струи характеризуется длиной основной сплошной части струи и временем распада на отдельные более тонкие струи и капли, которые зависят от скоростей движения мастики, геометрических размеров и конструкции сопла, а также физических свойств материала. Получены математические выражения обобщающего коэффициента расхода сопла через реологические характеристики битумно - резиновых мастик.

 Выводы по 2 главе

1. Разработаны теоретические положения образования совмещенного факела пневмонапыления компонентов вяжущего и рубленого стекловолокна, дисперсно и равномерно армированных по объему вяжущего стекловолокном, с нанесением их методом пневмораспыления в совмещенном факеле.

2. В результате проведенных исследований установлены технологические параметры исходных компонентов материала покрытий и оптимальные технологические режимы совмещенного нанесения.

Глава 3. Анализ проведенных экспериментальных исследований технологии устройства конструкций сооружений из цементного вяжущего, дисперсно-армированного рубленым стекловолокном

3.1 Анализ влияния различных факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства получаемого покрытия

При нанесении минеральных вяжущих (цементные, полимерцементные, гипсовые и др.) давление рабочей смеси на выходе из распылительного устройства должно быть 0,02-0,03 МПа, давление сжатого воздуха - 0,4 - 0,55 МПа. Оптимальное водоцементное отношение должно быть 0,40 - 0,42. Длина рубленого стекловолокна - 40 - 50 мм при армировании 3-4 % от веса вяжущего.

На основании анализа параметров совмещенного нанесения армирующего и вяжущего материалов и режимов рубки стекложгута разработана конструкция пистолета-напылителя. Пистолет-напылитель оснащен высокопроизводительным механизмом рубки стекложгута, обеспечивающим требуемую длину рубленого стекловолокна, и двумя унифицированными распылительными устройствами для совмещенного нанесения дисперсно-армированных покрытий на основе битумных и минеральных вяжущих.

Перед нанесением дисперсно-армированного безрулонного кровельного или гидроизоляционного покрытия из битумно-латексных эмульсий требования к подготовке изолируемой поверхности остаются такими же, как при устройстве кровель из рулонных материалов. При этом подготовленную поверхность огрунтовывают неармированной битумно-латексной эмульсией. После огрунтовки производят нанесение армированного слоя в местах примыканий, на карнизах, в ендовах и в местах установки водосливных воронок. После стабилизации покрытия в указанных местах производят нанесение армированных слоев эмульсии по всей защищаемой поверхности. Полная толщина армированного слоя покрытия наносится в два слоя, второй слой наносится после стабилизации предыдущего. Общая толщина армированного слоя должна составлять 3-3,5 мм. Для защиты безрулонного покрытия возможно применять лак АЛ-177 с алюминиевой пудрой. Как показал опыт устройства кровель, оптимальная общая толщина безрулонного, дисперсно-армированного покрытия должна составлять 5-5,5 мм.

Безрулонное покрытие из битумно-латексной эмульсии, дисперсно- армированное стекловолокном, наносят с помощью экспериментальной установки СО-118, разработанной с участием автора. В установке автономным агрегатом является унифицированный пистолет-напылитель. Она снабжена также преобразователем напряжения, компрессором, двумя накопительными емкостями, двумя напорными емкостями, шлангами, пультом управления, ящиком для пистолета, шлангов, инструмента и т.п. Все указанные агрегаты для удобства производства работ и мобильности уста-новки смонтированы на двухосном автомобильном прицепе. Установка может располагаться на строительной площадке с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальный фронт работ (длина шлангов на установке - 120м.) Непосредственно на месте производства работ к пистолету - напылителю установки СО-118 подсоединяют шланги для подачи сжатого воздуха, эмульсии и коагулятора. В момент подсоединения вентили на пистолете-напылителе должны быть закрыты.

Нанесение дисперсно-армированных покрытий, кровель и гидроизоляции за битумно-латексных эмульсий производит звено из трех человек.

Технология совмещенного нанесения покрытии, самонесущих конструкций и их элементов из дисперсно-армированного стеклоцемента осуществляется с помощью унифицированного пистолета-напылителя и экспериментальной установки, в комплект которой входит компрессор, преобразователь напряжения, растворомешалка, вибросито, растворонасос, емкости и дозаторы для воды и цемента, шланги и инструмент. Устройство гидроизоляции производят по соответственно подготовленной поверхности, а устройство самонесущих конструкции и их элементов (блок-боксов, плит, облицовок, лотков и др.) осуществляют в опалубке.

Установка с запасом минерального вяжущего и воды доставляет автотранспортом или трактором к месту производства работ и обеспечивает фронт работ с радиусом действия 40-45 м.

Цементное тесто с ВЦ = 0,50 - 0,42 приготавливается на месте в растворомешалке, а затем через вибросито загружается в приемный бункер растворонасоса. Растворонасос подает цементное тесто по шлангам в распылительное устройство пистолета-напылителя. Последовательность работы с пистолетом аналогична работе при нанесения покрытий из битумно-латексных эмульсий.

Нанесение слоя гидроизоляции и вертикальную поверхность толщиной 8-10 мм производится за два прохода, при этом оператор должен не допускать образования наплывов. На горизонтальной поверхности слой толщиной 10-12 мм наносится за один проход. Нанесение стеклоцемента осуществляется звеном из трех человек. . Технологическая схема организации производства работ при устройстве кровель из стеклоцемента или стеклополимерцемента показана на рис.3.1.

По новой технологии совмещенного нанесения вяжущего и армирующего материалов в опытном порядке безрулонных кровель устроено свыше 300 тыс.м2, а покрытий из стеклоцемента - свыше 80 тыс.м2.

На основании анализа опытно-промышленного внедрения технологии были выявлены параметры и конструктивные решения мобильных промышленных установок для приготовления, доставки, подачи и нанесения покрытий из битумных эмульсий (анионовых и катионовых) и гипсоглиноземистого минерального вяжущего, которые в сочетании с ведущим в технологии агрегатом - пистолетом - напылителем, обеспечивают механизацию производства работ на 85-90%.

Рис.3.1. Технологическая схема организации производства работ при устройстве кровель из стеклоцемента или стеклополимерцемента

I - подготовка поверхности; II - огрунтовка основания; III - устройство выравнивающего затирочного слоя из цементно-песчаных растворов; IV - устройство цементного покрытия, дисперсно-армированного стекловолокном (из стеклополимерцемента); V - устройство защитного окрасочного слоя; 1 - направление движения кровельщика с пистолетом - напылителем; 2 - пистолет - напылитель; 3 - установка для подачи цементного вяжущего; 4 - установка СО-145 или СО-160 для нанесения защитного слоя; 5 - мотороллер; 6 - кран СПК-1000; 7 - СО-122 или виброрейка; 8 - направляющие виброрейки; 9 - установка СО-145; 10 - компрессор; 11 - машина «Циклон»; 12 - направление движения машины «Циклон»; 13 - емкость с раствором; 14 - направление подачи материалов; 15 - направление движения машин. Цифры в кружках (1 … 8) - очередность выполнения работ на захватках

В широких масштабах внедрения был апробирован пистолет-напылитель, обеспечивающий совмещенное нанесение покрытий, дисперсно-армированных стекловолокном. Агрегат прошел испытания, был рекомендован приемочной комиссией к серийному изготовлению и массовому внедрению. Пистолет, оснащенный унифицированными распылительными устройствами, как автономный агрегат, вошел в комплект установки СО-118 для устройства безрулонных кровель и гидроизоляции, которая рекомендована к серийному изготовлению.

3.2 Совершенствование технологии и основного технологического оборудования для совмещенного нанесения цементного вяжущего и рубленого стекловолокна

Совмещенное нанесение стекловолокна со связующим компаундом позволяет получить наиболее прочное покрытие.

Схематически структуры микроармированных покрытий при совместном напылении связующего компаунда и рубленого стекловолокна представлены на рис.1.3., б.

При совместном напылении компонентов материала покрытия получают однородный равномерный факел аэрозоля связующего компаунда и отрезки элементарных нитей стекловолокна, наносимых одновременно. Принципиальная схема получения однородного равномерного факела представлена на рис.3.1. Равномерное распределение измельченных нитей стекловолокна, обеспечивает микроармирование покрытия, что можно достичь только с помощью специального пистолета-напылителя ( рис. 3.2.).

Стекложгут транспортируют в узел рубки. После измельчения на отрезки длиной 18-20мм стекложгут поступает в центральный канал пистолета-напылителя, где воздушный поток разделяет его на элементарные нити на участке с переменным сечением. Из канала стекловолокно разбрасывается в виде равномерного факела.



Рис.3.1. Схема формирования факела при различных расположениях сопл пистолета-напылителя

а - общий вид факела; б - ярусное; в - концентрическое;

d1 - диаметр верхнего сопла мастики(коагулятора);

d2 - диаметр нижнего сопла мастики;

d3 - диаметр выходного отверстия сопла стекловолокна;

в - углы наклона сопел мастики;

Q - сила лобового сопротивления;

C - центробежная сила; G - сила тяжести.



Рис.3.2. Пистолет-напылитель для совместного нанесения связующего (цементный раствор, мастики) и армирующего материала(стекловолокно).

1- регулировочный вентиль; 2 - штуцер; 3 - корпус электропривода; 4 - канал для подачи связующего; 5 - канал для подачи воздуха; 6 - форсунка; 7 - узел рубки; 8 - тумблер; 9 - рукоятка; 10 - гибкий вал; 11 - калиброванный канал; 12 - сопло форсунки; 13 - центральный канал; 14, 15 - кольцевая выточка; 16 - втулка эжектора; 17 - регулировочный винт; 18 - опорный ролик; 19 - подающий ролик; 20 - жгут стекловолокна; 21 - направляющая втулка; 22 - эластичная опорная втулка; 23 - опора фрезы; 24 - корпус фрезы; 25, 27 - сжатый воздух; 26 - связующий компаунд.

Этот факел ограничен снаружи общим факелом аэрозоля связующего материала, который образует несколько распылительных устройств, расположенных по периферии центрального канала на равных расстояниях друг от друга.

Пронизывая насквозь факел стеклонитей, образующийся суммарный факел аэрозоля связующего компаунд обволакивает и увлекает распыленные нити рубленого стекловолокна. Этим достигается равномерное их распределение по сечению совместного факела компонентов покрытия, т.е. происходит микроармирование. Такой механизм распыления в свою очередь обеспечивает равномерное микроармирование по объему и сечению формируемого покрытия, что позволяет получить высокие физико-механические свойства последнего.

Способ совместного нанесения связующего компаунда и измельченных армирующих стекловолокон не имеет дефектов, характерных для способа раздельного нанесения компаундов при формировании стеклоармированного покрытия. При нанесении этим способом компаунда из стекловолокна повышается прочность покрытия на растяжение, а материал становится значительно более пластичным и перед разрушением может в большей степени деформироваться. Установлено, что существует зависимость между вероятностью образования дефектов в материале и его пределом прочности на растяжение. Следовательно, недостатки таких хрупких материалов, как бетон, цементный камень, чугун и др., объясняются тем, что они чувствительны к появлению дефектов. Поскольку образование хотя бы одной трещины немедленно снижает порочность материала на растяжение в этой точке до нуля, то равномерное распределение очень коротких отрезков стеклосетки аналогии со стальной проволокой по всему объему бетонной смеси ограничивает образование и развитие таких трещин. Например, предел, прочности на растяжение неармированного бетона до появления первых трещин составляет примерно 3,5-4,5 МПа. Не намного больше значение предела прочности на растяжение цементного камня (4-6 МПа). Однако при применении стальной проволоки появление и развитие трещин не только ограничено, но при этом повышается предел прочности на растяжение материала (до 17,5 МПа).

Очевидно, что при гомогенном распределении рубленого стекловолокна в объеме цементного камня развитие трещин становится еще более ограниченным.

Зарубежные авторы установили, что цементный камень, армированным стекловолокном, менее хрупкой по сравнению с асбестоцементным и более огнестоек, чем пластик, армированный стекловолокном. Именно сравнительно большие прочностные показатели на изгиб (в 2,5 раза больше, чем цементного камня без стекловолокна) позволяют применять этот материал в таких строительных конструкциях, как перегородки, объемные элементы сложной конфигурации, конструкции, подвергающиеся ударным нагрузкам, воздействию огня и т.д.

Напыляемый материал становится монолитным, в нем отсутствуют пустоты, раковины, не происходит комкования нитей армирующего материала, в результате чего исключается появление вздутий и неровностей на поверхности покрытия. Описанный способ позволяет полностью контролировать распределение элементарных измельченных нитей стекловолокна и обеспечивает дисперсное равномерное армирование.

Совместный способ нанесения стеклоармированных покрытий еще не получил широкого распространения, так как до сего времени отсутствовало оборудование, позволяющее применять способ совместного формирования напыляемых армированных материалов. В настоящее время исследованы, разработаны и прошли опытно-промышленные испытания пистолеты-напылители. Этот пистолет-напылитель равномерно микроармирует рубленым стекловолокном многие цементные и полимерные материалы, битумные, резино-битумные, эпоксидные и другие компаунды. При устройстве покрытий на цементных вяжущих происходит гомогенное распределение измельченного стекловолокна в цементном камне, что обеспечивать высокую степень распределения напряжения в покрытии и повышенную сопротивляемость образованию микротрещин в эксплуатации.

Применение арматуры из отрезков металлической проволоки имеет важное значение для промышленного сборного армобетона. В основе армирования таких материалов, как бетон, цементный камень, путем добавления волокон в смесь или в цементное тесто, когда последние находится в подвижном состоянии, лежит принцип превращения хрупкого неупругого материала, обладающего низким пределом прочности на растяжение, в материал эластичный и трещиностойкий.

При устройстве конструкций, покрытий кровель и гидроизоляции, полов и отделки технология производства работ остаётся такой же, как при раздельном способе устройства конструкций и покрытий. Единственной особенностью является сокращение технологических процессов при их устройстве совместным способом, так как объединяются операции по напылению связующего и стекловолокна.

3.3 Обобщение применяемых материалов, оборудований и технологий для устройства специальных конструкций и сооружений из стеклоцемента, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном

Первоначальные исследования по положению совмещенного пневмонанесения многокомпонентных составов позволяет решить практические вопросы в выборе оптимальных технологических режимов нанесения и конструирования технологического оборудования. При этом выведены аналитические зависимости изменения скорости рубленого стекловолокна и дробления вяжущего в факеле от исходного давления сжатого воздуха в подводящей системы.

Цемент, дисперсно-армированный стекловолокном, - новый композиционный материал, полученный на основе цементной матрицы или цемента и мелкого наполнителя и небольшого количества щелочостойкого стекловолокна. Расширение производства и применение конструкций из стеклоцемента является важным резервом снижения стоимости строительства, экономии трудозатрат, повышения эксплуатационной надежности и долговечности специальных конструкций.

Дисперсное армирование повышает не только прочностные свойства цемента, но, что особенно важно, улучшает эксплуатационные характеристики конструкций, например, устойчивость к динамическим, температурно-влажностным воздействиям, износу и т.п., что позволяет получить существенный эффект при производстве и эксплуатации стеклоцементных конструкций.

По своему назначению стеклоцементы разделяются на конструкционные, гидроизоляционные, декоративные и специальные. Исходя из назначения стеклоцементов, им придаются соответствующие свойства за счет комбинации коротковолокнистых и длинноволокнистых элементов стекловолокнистой арматуры и технологии изготовления.

Стеклоцемент имеет исключительно высокие технологические свойства при формировании изделий практически любой нужной формы, обладает высокими показателями прочности при изгибе, большой ударной прочностью, упругостью, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, а в нужных случаях и декоративной поверхностью.

Стеклоцемент предоставляет архитектору такое средство воплощения его замысла, с которым по пластичности, способности передавать рельеф поверхности, а также легкости не может соперничать ни один другой материал. Стеклоцемент отличается малым весом, простотой обработки, низкими затратами на монтаж и транспортировку; создает понижение нагрузки на конструкцию зданий, что дает существенное снижение затрат на сооружение фундамента и каркаса здания, что важно при реставрации и реконструкции, обладает низкой водопроницаемостью, огнестоек.
Стеклоцементные стеновые облицовочные панели используются в элементах, выполняемых по заказу для зданий специального назначения; в качестве модульных элементов при серийном строительстве; в виде облицовочных панелей при реконструкции старых зданий.

Решение для каждого конкретного случая может быть выполнено посредством следующих вариантов: - однослойные панели с ребрами жесткости; - несъемная опалубка с заливкой.

Изготовленные соответствующим образом формы из металла, древесины, пластика или полиуретана дают возможность рельефной отделки поверхности изделий от строгого рисунка до свободных форм, элементов геральдики и орнаментов. Используя основу белого или серого цементов с незначительной примесью неорганических красителей, а также песка и других заполнителей, можно создать широкую гамму цветов и отделки. Наносимый отделочный слой, не превышающий по толщине 5 - 6 мм, делает затраты на материалы минимальными. Тонкий слой отделки под природный камень, шифер или керамическую плитку выполняется на стеклоцементной панели, являющейся частью конструкции с несущей рамой.

Конструкционная гибкость стеклоцемента предоставляет возможность для ухода от монотонности стальных крашенных конструкций, пластмасс, массивности и ограниченности форм бетона. Важным дополнением к облицовочным панелям могут служить декоративные элементы под старину при реставрации и реконструкции зданий. Также стеклоцемент незаменим при обрамлении оконных проемов, изготовлении портиков, карнизов, солнцезащитных экранов и др.

Стеклоцемент - превосходный материал для различных видов кровли. Им можно имитировать традиционные кровельные материалы, такие как шифер, керамическая черепица. Но в отличие от них он не хрупкий и не тяжелый. Для крыш со скатами стеклоцементом можно имитировать натуральный шифер, как по внешнему виду, так и по фактуре. Для его крепления используются обычные шиферные гвозди без предварительного сверления отверстий, так как стеклоцемент прочен и не раскалывается при креплении.

Стеклоцемент играет важную роль при проектировании городских зон отдыха с эстетической стороны объектов строительства и малых архитектурных форм. Он может использоваться для обустройства живописных декоративных водоемов, фонтанов, скамеек, цветочниц, балюстрады, киосков и др. Малые архитектурные формы из стеклоцемента имеют более привлекательный вид, т.к. стеклоцемент позволяет передавать любую форму, рельеф и отделку поверхности для сочетания с окружающим пейзажем. Штукатурные покрытия при использовании стеклоцемента обладают высокой прочностью, а также высокой стойкостью к растрескиванию и отслаиванию. Стеклоцемент имеет высокую устойчивость к химикатам, включая городское загрязнение и растворы солей. Он также имеет высокие акустические свойства, не ржавеет, не гниет, не коррозирует и не горит. Поэтому из стеклоцемента могут формоваться различные изделия сложной конфигурации, которые применяются в гражданском строительстве при сооружении автострад, водопроводов и резервуаров для хранения воды, шахт и туннелей.

Стеклоцемент также может использоваться для изготовления труб большого диаметра. Армируется он как рубленым волокном, так и сетками из щелочестойкого стекловолокна. Малая толщина стенок труб и отсутствие муфтовых соединений позволяет уменьшить размер канавы и объем засыпки. Трубопроводы могут прокладываться под дорогами с большой транспортной нагрузкой, т.к. стеклоцемент долговечен и обладает высокими прочностными свойствами при применении щелочестойкого стекловолокна в качестве армирующего компонента. Стеклоцемент является идеальным материалом для мостов, где используется для изготовления элементов парапетов, шумозащитных ограждений. Эти элементы могут быть достаточно большой протяженности при небольшом весе. Кроме того, стеклоцемент обеспечивает более высокий уровень защиты стальной арматуры и более высокую сопротивляемость проникновению хлоридов, чем бетон той же толщины.
Малый вес изделий и тонкостенность позволяют использовать стеклоцемент для изготовления элементов каналов и водопроводов, которыми заменяют короткие и тяжелые отлитые из бетона элементы. Снижение веса изделия в 3 раза облегчает работу при сооружении дренажных и ирригационных систем на пересеченной местности. Элементы кабельных, дренажных и ирригационных каналов из стеклоцемента могут также использоваться в качестве несъемной опалубки(рис.3.3-3.7). В этом случае элементы из стеклоцемента устанавливаются на место, а затем заливаются бетоном, при этом роль стеклоцемента - образовать внутренний профиль канала с гладкой поверхностью и исключить применение сложной временной опалубки. Различают ряд основных технологических приемов изготовления стеклоцементных изделий и конструкций:

- предварительное перемешивание компонентов (цементостойкое стекловолокно и цементное вяжущее) и укладка полученной композиции в форму с одновременным вибрационным воздействием на смесь и внешним давлением (0,2 МПа);

- контактный метод, представляющий послойную укладку стекловолокнистой арматуры и пропитку каждого слоя цементным связующим;

- одновременный набрызг компонентов на форму-матрицу для получения плоских или криволинейных тонкостенных плит и защитно-конструкционных рубашек;

- формообразование изделий путем гнутья незатвердевшего плоского стеклоцементного листа, а также вторичным формообразованием изделий за счет упругих свойств затвердевшего стеклоцемента.

Для производства стеклоцементных изделий и конструкций используется как российское (НИИЖБ, фирма "Н.С.Т."(рис.3.8-3.10), ЦНИИОМТП), так и другие ("Пауэр - Спрайз") оборудование, гарантирующее получение стеклоцементных смесей с требуемыми свойствами и стеклофибробетона с заданными проектными характеристиками. При производстве стеклоцементных изделий и конструкций методом набрызга или методом заливки с предварительным перемешиванием, содержание щелочестойкого стекловолокна составляет 2,5 - 3,5 процента. Его содержание может быть 1,5-2,5 процентным при армировании отделочных покрытий для уменьшения трещинообразования и в производстве гидроизоляционных покрытий.

Рис.3.3 Способ крепления несъемной опалубки с помощью наружного инвентарного каркаса

1 - стеклоцементная опалубочная плита; 2 - монолитный бетон; 3 - горизонтальная схватка; 4 - вертикальная схватка; 5 - стяжка; 6 - гайка; 7 - полихлорвиниловая трубка; 8 - подкос регулирующий; 9 - подмости; 10 - деревянный вкладыш



Рис.3.4. Опалубка ступенчатого фундамента, закрепленная инвентарным наружным каркасом

Рис.3.5. Способ крепления несъемной опалубки к рабочей арматуре монолитной конструкции с помощью скрутки из арматурной проволоки

1 - стеклоцементная опалубочная плита; 2 - монолитный бетон; 3 - рабочая арматура возводимой конструкции; 4 - фиксатор положения опалубки; 5 - скрутка из арматурной проволоки диаметром 3 мм; 6 - накладки из арматурных обрезков; 7 - горизонтальный стык; 8 - бетонное или грунтовое основание



Рис.3.6. Способ крепления несъемной опалубки к рабочей арматуре монолитной конструкции с помощью электросварки

1 - стеклоцементная опалубочная плита; 2 - монолитный бетон; 3 - рабочая арматура возводимой конструкции; 4 - Г-образный арматурный коротыш; 5 - накладка толщиной 4-6 мм; 6 - горизонтальный опалубочный стык; 7 - вертикальный опалубочный стык; 8 - бетонное или грунтовое основание; 9 - фиксатор положения опалубки



Рис.3.7. Несъемная стеклоцементная опалубка фундамента под каркас промышленного здания

а - до бетонирования; б - после укладки бетона



Рис.3.8. Общий вид мобильной установки СФБ-02 для нанесения цементного вяжущего, дисперсно-армированных рубленым стекловолокном

Рис.3.9. Схематический вид установки

Рис.3.10. Передвижной компрессор ПКС-3,5 для нанесения стеклоцемента

Мобильная установка СФБ-02 предназначена как для пневмонабрызга (мокрого торкретирования) защитного покрытия «стеклоцемента», так и для заливки в формы для заводского изготовления тонкостенных конструкций жилищного и промышленного строительства. Комплектация: пистолет рубки и набрызга стекловолокна, растворонасос, шлнги, комплект ЗИП, технологические документации.

На основе проведенных обобщенных исследований рекомендуется следующий состав смеси в кг: цемент - 700, песок -700, пластификатор - 1,5-3,5, щелочостойкое стекловолокно - 21-49, вода - 280-330.

Изготовленный методом набрызга стеклоцемент имеет следующие физико-механические свойства(на 28 дней) приведена в следующей таблице:

Характеристики	Единица измерения	Показатель
Плотность	т/м3	1.6-1.8
Содержание стекловолокна(по весу)	%	3
Модуль упругости	МПа	0,010-0,015
Адгезия к основанию бетона	МПа	0,5
Предел прочности: при изгибе при растяжении при сжатии	МПа МПа МПа	18-25 5-8 40-60
Водонепроницаемость(коэффициент фильтрации)	см/сек	10-8 - 10-10
Морозостойкость	цикл	100
Огнестойкость	категория	несгораемый

На основе изучения устройства стеклоцементных конструкций и сооружений можно сделать следующие основные выводы.

Выводы по 3 главе

1. Дисперсно-армированный стеклоцемент должен иметь 7 суток твердения(1-ые сутки нормально-влажные условия, далее - водные). К этому моменту пределы прочности в кг/см2 имеют следующие характеристики: на изгиб - 150, на растяжение - 30, на сжатие - 300.

2. Стеклоцемент оптимального состава толщиной 10 мм после твердения в течении 1 суток в нормально-влажных условиях и 6 суток в воде при испытании на водонепроницаемость не должен обнаруживать пятен фильтрации при гидростатическом давлении воды 6 атм.

Глава 4. Разработка рекомендации по технологии устройства стеклоцементных конструкций и опалубок предисловие

Рост промышленного и гражданского строительства приводит к увеличению потребности в гидроизоляционных и защитных покрытиях, которые в основном устраиваются из рулонных материалов, с механизацией производственного процесса, не превышающей 10 -12 %.

Технология совмещенного нанесения широко применяемых в строительстве материалов, таких, как цемент и стекловолокно, позволяет получить качественно новый комплексный материал -- дисперсно-армированный стеклоцемент.

Цементный камень, равномерно армированный стекловолокном, обладает высокими свойствами на растяжение при изгибе (24 МПа), что позволяет использовать его в качестве конструкционного материала, а повышенные трешиностойкость и плотность дают возможность использовать стеклоцемент для устройства гидроизоляционных и защитных покрытий.

Технология совмещенного получения покрытий позволяет механизировать производственный процесс на 80--85 "/о. При изготовлении конструкций из стеклоцемента исключается применение дефицитной стальной арматуры и устройство кровли и гидроизоляции. Применение напрягающего цемента с ограниченными величинами деформаций свободного линейного расширения обеспечивает получение ну стеклоцемента покрытий повышенной трещиностойкости и механической прочности.

Рекомендации подготовленные на основе теоретический и экспериментального исследование данного вопроса подготовлена рекомендации:

4.1 Общие положения

1.1. Рекомендации распространяются на технологию изготовления:

стеклоцементной, дисперсно-армированной стекловолокном гидроизоляции повышенной трещиностойкости при строительстве резервуаров, хранилищ для жидких материалов, плавательных бассейнов, очистных сооружений и защиты бетонных и железобетонных подъемных конструкций, а также стеклоцементных опалубок;

дисперсно-армированных тонкостенных элементов облицовок ограждающих конструкций, подвесных потолков, малых архитектурных форм;

самонесущих сводов-оболочек пролетом 12 м, исключающих применение стальной арматуры и устройство кровли и гидроизоляции, для устройства подсобных помещений.

1.2. Вид гидроизоляции, способ устройства облицовок и малых

архитектурных форм устанавливаются проектом.

1.3. Гидроизоляционные и защитные покрытия устраиваются по бетонной, кирпичной поверхности после того, как материал сооружения наберет не менее 65 % проектной прочности.

1.4. Защитные покрытия из стеклоцемента допускается устраивать при:

температуре окружающего воздуха не менее +5 0С;

освещенности поверхности не менее 150 лк;

пятикратной вентиляции помещения в течение часа при обеспечении относительной влажности не менее 50 %;

Влажность защищаемой поверхности не ограничивается.

1.5. Полученное покрытие после окончания нанесения в течение суток дважды увлажняется водой.

1.6. Материалы, применяемые для устройства покрытий (минеральное вяжущее и стекложгут-ровинг) должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий.

1.7. При устройстве гидроизоляционных покрытий должны соблюдаться требования главы КМК 3.03.01-98 «Несущие и ограждающие конструкции» и главы КМК 2.03.10-95 «Крыши и кровли».

1.8. Для обеспечения высокого качества гидроизоляции строительная лаборатория в соответствии с данными Рекомендациями и проектной документацией должна осуществлять выбор исходных материалов, уточнять составы покрытии и методы их нанесения в зависимости от конкретных условий работы и эксплуатации покрытиё, а также экономической целесообразности.

1.9. Нанесение гидроизоляционных покрытий должно производиться рабочими, прошедшими специальное обучение и имеющими удостоверение на проведение указанных работ.

4.2 Исходные материалы

2.1. Для изготовления тонкостенных конструкций облицовок и устройства дисперсно-армированной штукатурной гидроизоляции применяют цементные вяжущие, в том числе напрягающий цемент с малой энергией самонапряжения, обеспечивающие снятие усадочных деформаций и повышенную плотность материала.

Примечание. Для изготовления тонкостенных дисперсно-армированных облицовок ограждающих конструкций разрешается использовать портландцемент марки не ниже 400.

2.2. Самонапряжение таких вяжущих не должно превышать 2 МПа, а линейные деформации расширения -- 1 %.

2.3. Напрягающий цемент по ТУ 21-20-18-80 должен быть, откорректирован добавкой портландцемента марки не ниже 400 - для соблюдения требований п. 2.2.

2.4. Портландцемент должен отвечать требованиям ГОСТ

10961-91) и содержать трехкальциевый алюминат в количестве не более 8 %.

2.5. Для изготовления конструкций и устройства гидроизоляционных покрытий допускается применять расширяющийся портландцемент (РПЦ), который готовится смешением портландцемента марки не ниже 400 и гипсоглиноземистого расширяющегося цемента - в процентах по массе соответственно 90...80 к 10...20.

2.6. Гипсоглиноземистый цемент должен удовлетворять требованиям ГОСТ 11052- 84 «Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся».

2.7. Добавки в дисперсно-армированное материалы должны удовлетворять следующим требованиям:

сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) - ОСТ 81-79-84; СПД - ТУ 38-101-253-87;

водная эмульсия полимера на основе стабилизованного дивинил-стирольного латекса СКС-65ГП марки Б или марки К - ТУ 38-103111-82 или ТУ 38-3033-83;

водная дисперсия полимера (ВДП) - ТУ -400-1-146-88;

силиконаты натрия жидкие ГКЖ-10, ГКЖ-1 1 - ГОСТ 13032 -87 и ГОСТ 13004 -87;

добавки - ускорители твердения: сульфат алюминия - ГОСТ 12966-85 ; сульфат натрия -- ГОСТ (6318-87 или ТУ 38-1-3-9-89;

противоморозная добавка: нитрит натрия - ГОСТ 19906 84.

II р и м е ч а н и я: 1. Допускается применение нестабилизованного латекса СКС-65ГП, отвечающего требованиям ГОСТ 10564-85, стабилизацию которого рекомендуется осуществлять добавлением ОП-7 или ОП-10 по ГОСТ 8433- 81.

2. Перед употреблением добавки должны быть тщательно перемешаны.

3. Применение других видов добавок допускается только после лабораторного подбора составов при условии соблюдения требования по линейным деформациям в соответствии с п. 2.2.

2.8. Для дисперсно-армированных тонкостенных конструкций, облицовок и гидроизоляционных покрытий необходимо в качестве армирующего материала использовать рассыпающийся стокложгут (ровинг из комплексных нитей) из цементно-стойкого (щелочоустойчивого) стекловолокна в бобинной упаковке, разработанного Государственным институтом стекла России(ТУ 21-38-110-89)(рис.4.1.).

Примечания: 1. До организации промышленного выпуска щелочеустойчивого стекловолокна допускается работа на гипсо-глиноземистом цементе в соответствии с п. 2.6 и алюмоборосиликатном стеклянном волокне.

2. Алюмоборосиликатное волокно структуры РБР следует использовать в соответствии с ГОСТ 17139-99 на прямом замасливателе, обеспечивающем надежное сцепление стеклянного волокна с цементной матрицей (например, на замасливателе № 3 или № 9).

3. Применение стекложгута на парафиновом замасливателе не допускается.

Рис.4.1. Стекловолокно в бобине

2.9. Стекложгут при хранении не должен подвергаться увлажнению. Увлажненный стекложгут перед употреблением необходимо просушить до весовой влажности не более 1 % .

2.10. Для приготовления дисперсно-армированных цементных материалов может быть использована вода, соответствующая требованиям ГОСТ 23732-89.

2.11. Перечень заводов-изготовителей основных исходных материалов для тонкостенных конструкций, облицовок и гидроизоляционных покрытий приведен в прил. 1.

4.3 Подготовительные работы

3.1. Изготовление стеклоцементных дисперсно-армированных конструкций сборных ограждающих элементов, например панелей типа ПСД или ППД, может осуществляться путем нанесения стеклоцементной массы на опалубку с последующим отверждением.

3.2. Опалубка для формирования стеклоцементных изделий перед использованием тщательно очищается металлическими скребками от остатков затвердевшего цементного теста, продувается сжатым воздухом и смазывается.

3.3. Для смазки рекомендуется применять: стеарино-парафиновую пасту (состава, % по массе: парафин - 19, стеариновая кислота - 15, крахмал - 1, керосин -- 65), водомасляные эмульсионные смазки на основе эмульсола ЭКС и водоэмульсионная смазка ОЭ-2 или ЭСО. Разрешается применять и другие смазки, обеспечивающие сохранение высококачественной поверхности изделия.

3.4. Консистенция смазки должна обеспечивать возможность ее механизированного нанесения на поверхность кассет.

3.5. Поверхности, на которые наносят гидроизоляционные покрытия, должны быть тщательно очищены от строительного мусора, пыли, грязи и масляных пятен.

3.6. Очистку поверхности целесообразно производить бучардами, металлическими щетками, шарошками.

3.7. Отслоившийся наружный слой изолируемой поверхности должен быть удален, а раковины и трещины тщательно разделены механическими бучардами и зубилами и продуты сжатым воздухом.

3.8. Заделку мелких раковин и трещин на изолируемой поверхности целесообразно осуществлять пневмонабрызгом или вручную раствором на основе вяжущего, которое используется для выполнения гидроизоляционного покрытия.

3.9. Изолируемую поверхность после ремонта и очистки непосредственно перед нанесением покрытия следует промыть водой под давлением.

4.4 Дисперсно-армированные тонкостенные конструкции

4.1. Для легких ограждающих конструкций целесообразно в качестве огнезащитного и гидроизоляционного материала применять стеклоцемент.

Бескаркасные панели из стеклоцемента отвечают техническим требованиям на огнестойкие конструкции.

4.2. Толщина стеклоцементной конструкции должна составлять 10...30 мм в зависимости от размеров в плане.

4.3. Количество рубленого стекловолокна в стеклоцементных конструкциях должно быть в пределах 2,5..4 % массы вяжущего.

4.4. В качестве вяжущего для стеклоцементных конструкций могут применяться портландцемент марки не ниже 400 или расширяющиеся вяжущие.

4.5. Водоцементное отношение стеклоцементной композиции, применяемой для изготовления конструкций, рекомендуется принимать равным 0,4...0,42.

4.6. При использовании напрягающих цементов могут применяться пластифицирующие добавки, увеличивающие сроки схватывания, а также улучшающие условия смачивания стекловолокна цементным тестом, обеспечивающее равномерность подачи суспензии, повышающие процент армирования, однородность и плотность материала

Рекомендуются: сульфитно-спиртовая барда (ССБ) или сульфитно-спиртовая бражка (ССБ), синтетическая поверхностно-активная добавка (СПД).

4.7. Пластификаторы вводятся в количестве (% массы вяжущего в расчете на сухое вещество): ССБ (СДБ) --0,2...0,3; СПД -- 0,02...0,04.

4.8. Для повышения скорости отверждения при приготовлении цементной суспензии на основе портландцемента с водой затворения могут вводиться добавки-ускорители: сульфаты алюминия, железа или натрия (кристаллические) в количестве 1,5...3 % массы цемента.

Примечания: 1. Цементная суспензия на основе портландцемента с добавками-ускорителями должна иметь сроки схватывания: начало -- не ранее 15 мин, конец -- не позднее 14.

2. При необходимости сократить сроки схватывания целесообразно применять пистолеты-напылители специальной конструкции, предусматривающие введение концентрированной добавки-ускорителя непосредственно в факел.

...